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「新能源产业」新能源产业发展回顾与展望

发布时间:2019-10-08 来源:中国社会科学网 141

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Photo by JACLOU-DL on pixabay

中国新能源产业经过70年的发展,尤其是改革开放以来的40年发展,开发建设规模不断壮大、关键技术进步显著、产业国际竞争力增强、对减轻环境污染和碳减排贡献巨大,已经成为世界最大新能源装备制造和新能源利用大国。

在当前全球能源低碳转型趋势下,新能源产业面临的国内外形势也发生了深刻变化,例如,可再生能源电力即将进入平价时代、国际新能源产业分工不断深化,国内能源体制改革稳步推进,中国作为新能源大国,需要清晰识别未来能源转型方向,牢牢抓住新能源产业核心环节,提早布局可能会引起能源体系发生革命性变革技术的研发,成为引领新能源发展,推动世界能源转型的重要力量。

01 发展历程与特点

早在上世纪50年代,为了解决能源供应不足的问题,我国就开始发展小水电、沼气池、太阳灶、风力提水机、小型风电机、中低温地热利用和小型潮汐电站等新能源。但是当时这些技术还不够成熟,离能够规模化开发的“新”技术还有很长距离,只是在能源供给不足条件下,“就地取材”的小范围、零散式利用,还远远达不到产业范畴,也无法进入商品能源的统计中。1990-2010年,新能源开始真正发展起来,终端能源消费比重从1991年0.01%迅速增加至2010年1.62%。2010年以后,新能源进入了高速增长期,尤其是以太阳能发电、风力发电为代表的新能源发电装机出现爆发式增长,2018年两者装机比重占全部电力装机比重达到18.89%。

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02 回顾新能源产业发展历程,大致可划分为三个阶段:

第一阶段,新能源早期发展阶段(1949-1990)。这一阶段特点是新能源开发利用还没有到商业阶段,尚未形成产业,从统计数据来看,商品化新能源占终端能源消费比重为零。大多数技术还处在初级研发阶段。

第二阶段,新能源产业快速发展阶段(1990-2010)。在国家产业政策作用下,新能源产业发展进入快速发展轨道,并出现三个重要的变化:新能源利用从农村扩展到城镇,设备从小型向大中型发展,从研究开发走向市场化和产业化,从着眼于在增加能源供应转向把改善环境作为主要目标(周凤起、王庆一,2002)。这一阶段新能源开发利用量从1990年60万吨标煤增加到2010年3260万吨标煤。风光等新能源已经有了较强的产业基础,成为世界最大整机制造、光伏组件制造国家,且在技术领域取得较大进步。

第三阶段,新能源产业高速发展阶段(2011-至今)。“十二五”以来,在市场环境、政策环境以及国际气候环境驱动下,我国新能源产业进入高速发展阶段。这一阶段,新能源产业发展的特点主要是:形成了支持新能源快速发展的政策体系;新能源装备制造能力位居世界前列,关键技术取得了突破;虽然一度因发展过快忽略消纳,出现弃风弃光以及装备制造业产能过剩现象,随后在产业政策作用下,逐步有所改善。

03 成绩与问题

1.取得的成绩

1)开发建设规模不断壮大。目前,中国已经成为全球新能源利用规模最大的国家。截至2018年底,中国新能源发电装机达到4.17亿千瓦,约占总装机容量22%。新能源发电0.9万亿千瓦时,约占全社会发电量的13%。其中,风电装机容量1.84亿千瓦,累计装机和新增装机连续九年位居世界第一;光伏发电装机容量增加至1.75亿千瓦,连续四年位居世界第一;生物质发电装机1781万千瓦,规模居全球第二;核电装机4466万千瓦。2017年底,中国地源热泵装机容量达2万兆瓦,位居世界第一。水热型地热能利用以年均10%的速度持续增长,已连续多年位居世界首位。

2)关键技术进步显著。经过多年发展,新能源领域科技创新能力和技术装备自主化水平显著提升。

3)风电装备制造技术已经达到了世界先进水平。现阶段大型风电机组整体上处在发展阶段,但是很多技术研究已经达到了国际一流水平,主要设备制造基本上实现了系列化、标准化。低风速、高海拔风电技术取得突破性进展。海上风电整机和关键零部件设计制造技术水平逐渐成熟,海上风电装备基本具备国产化能力。中小型风电技术自主国产化,处于世界领先水平。国内中小型风电的技术中“低风速启动、低风速发电、变桨矩、多重保护等等”一系列技术得到国际市场认可,处于国际领先地位。

4)光伏发电技术世界领先。经过多年发展,我国光伏电池技术创新能力显著提升,光伏转换效率不断提高,规模化光伏开发利用取得重要进展。晶体硅太阳能电池产业技术在国际市场具有很强的竞争力,除个别高效电池生产用等离子体增强型化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,简称PECVD)设备、硼扩散设备等设备外,光伏制造的整套生产线均已实现国产化。

5)生物质能利用技术日趋成熟。生物质发电关键设备均已实现国产化。生物质成型燃料压缩转换技术达到国际先进水平;生物质沼气工程转向规模化与高值化开发利用;生物质直燃锅炉、垃圾焚烧锅炉、汽轮发电机组、秸秆燃料成型机等主要设备实现国产化,并且出口国际市场。

6)地热能勘探技术不断成熟。热泵技术快速发展,形成适合中国国情的大型地源热泵、高温热泵和多功能热泵系统,主要技术与装备已基本实现国产化。地热尾水回灌技术取得一定进展,岩溶型热储的尾水同层密闭回灌技术较为成熟。

7)产业国际竞争力增强。新能源产业实力不断增强,产业体系逐步完善。目前已经形成了涵盖研发、制造、设计、施工、运行等各环节的新能源全产业链。比如,风机设备,多晶硅、硅片、光伏电池生产规模均居世界第一,新能源产业国际竞争力不断增强。

2018年,全球风机出货量前十位制造企业,中国占4家。风电机组出口30个国家和地区。中国多晶硅产量超过25万吨,约占全球总产量50%,光伏组建产量超120G,占全球近70%,出口突破40G。2018年全球光伏企业20强,中国企业占16家。经过多年研发,光伏行业各环节生产效率、经济性不断提升。

对减轻环境污染和碳减排贡献巨大。新能源产业的发展不仅带动了经济增长,推动能源转型,而且在提供清洁电力的同时,为应对国际气候变化,降低碳排放做出了贡献。初步估算,有新能源发电的统计数据以来,截至2018年,我国风电(1.3万亿千瓦时)、太阳能发电(0.25万亿千瓦时)、核电(1.9万亿千瓦时)、生物质发电以及地热等新能源发电(0.5万亿千瓦时)累计发电量约为4万亿千瓦时,相当于替代12亿吨标准煤,减少排放二氧化碳31亿吨、二氧化硫1200万吨、氮氧化物1000万吨,对减少温室气体排放、降低大气污染发挥了巨大作用。

2.存在的问题

1)新能源产能过剩问题虽有所缓解但依然存在。近年来,新能源行业产能和装机规模不断扩大,远超过国内应用规模和国外进口需求。光伏组件产量从2001年4.3MW 飞速增长至2018年的120GW(GW 是表示功率的单位,gigawatt的缩写,常用来表示发电装机容量)。2008年以来,外需低迷、国内市场不成熟、欧盟光伏“双反”等因素,使得新能源行业出现供给能力过剩的现象。2018年欧盟对我国光伏产业“双反”结束,一定程度上缓解了2016年以来因国内市场需求低迷而不断加剧的产能过剩问题。但是,之前2年的扩产潮导致产能集中释放,光伏产业产能过剩问题仍然存在。数据显示, 2018年我国的光伏组件建成产能已经达到120GW,但是同年全球光伏市场需求(新增装机)却只有104GW,我国光伏组件产能在短短10年间超过了全世界市场的需求。国内光伏利用市场(新增装机44.26GW)更是不足产能的40%。

2)大型或尖端能源装备制造能力及关键材料与发达国家仍有差距。在大型或尖端可再生能源装备及材料、关键的高端设备及工艺技术, 与发达工业国家相比,存在较大差距,国内高端产能尚无法满足国内市场的要求。例如,新型高效光伏技术及装备、大型风电装备、承压或耐高温特种材料等,还需要从国外引进或购买。从光伏发电领域各国专利情况来看,中国向境外专利申请量比重不足3%,远远小于美国、欧洲向境外专利申请量,中国光伏技术专利处于逆差。而且, 国内的专利申请主要分布在光伏组件、光伏应用等技术含量并不高的领域,多数光伏技术申请领域多是创新技术的外围专利,仅少数几种在核心技术领域。再如,地热能发电领域,目前我国热源探查技术落后,钻探技术还不成熟,成井工艺方面也有待提高,综合技术也十分缺乏,缺少既懂地面技术又懂地下勘探的开发企业。

3)现有能源体制不利于“平价时代”背景下新能源的发展。现有能源体制下,新能源发展主要以尽快形成大而全的新能源装备制造产业以及新能源发电装机为目标,忽视新能源应作为国家能源转型进程中的主要能源品种的重要角色。随着新能源规模不断增加,新能源自身特性(特别是风电、光伏发电的波动性)导致非技术性问题,需要借助能源的体制机制来进行协调。然而,从能源转型视角来看,当前能源体制很难解决新能源规模进一步扩大带来的不同部门之间的冲突。因此,在新能源(特别是风电和光伏发电)步入平价时代后,深化能源体制改革,尤其是电力体制改革,是促进新能源健康、稳定、可持续发展的关键。

04 面临的新形势与展望

1.世界能源转型大趋势

在全球碳减排压力下,世界主要国家把新能源发展与利用作为本国能源转型和产业发展的重要方向。目前,世界上超过100个国家已经制定了新能源扶持政策,48个国家设定了提高可再生能源供热和制冷行业的利用目标,42个国家设定可再生能源交通目标,146个国家设定可再生能源电力目标,64个国家明确设定了可再生能源占终端能源比重目标,例如丹麦将这一目标设定为100%(REN21《2018可再生能源全球现在报告》)。

各国还积极将风、光等可再生能源发展进行立法。近年来,由于技术进步引起的可再生能源价格大幅下降、并网技术保障可再生能源稳定可靠,以风电、光伏发电为代表的新能源迅速成为推动全球能源转型的新动能,同时也成为新一轮国际竞争的制高点。

根据统计,2018年中国、欧洲和美国在全球可再生能源电力和燃料投资中的占比接近75%。可再生能源在全球终端能源消费中的比例不断上升。值得关注的是,近年来,可再生能源投资在国内生产总值占比最高的国家都是新兴市场。比如,印度、土耳其、南非。

2.新能源装备制造业分工逐步深化

当前以欧美、日本为代表的发达国家和地区仍然掌握着新能源装备制造业的关键技术,处在产业国际分工中的主导地位。随着能源转型进程加快,未来能源市场对新能源装备制造产品的需求将越来越大,新能源产业国际分工会进一步深化,掌握核心环节的国家或企业将重新整合产业价值链。这一过程对中国而言,既有挑战,也有机遇。

未来能源转型大方向是低碳转型,但是各个国家的资源禀赋和发展阶段的差异性决定各国转型方向与路径不会完全相同。在能源转型背景下,各国都会选择符合本国特点的新能源产业和发展路径。当前中国已经成为光伏产业和风电产业大国,具备了国际竞争力。

未来应该抓住产业分工逐步深化的机遇,在强化产业关键性、基础性技术研发的同时,通过整合并购在全球范围内布局光伏产业、风电产业。与此同时,应积极利用物联网、云计算、大数据、智能硬件、移动宽带互联等新一代信息技术,推动新能源产业从自动化向智能化升级。

3.新能源被赋予更重要的使命

供给不足长期以来是中国能源领域突出矛盾。经过数十年的努力,中国能源供给能力大大提高,基本解决了全局性供求紧张的矛盾。

当前能源领域最突出的问题是化石能源比重过高引起的二氧化碳排放以及环境污染。中国承诺2030年碳排放达峰以及国内经济高质量增长、生态文明建设,迫切需要能源结构低碳化、清洁化。

“十二五”以来,多个国家层面的能源发展、新能源发展中长期规划中明确提出可再生能源要占终端能源消费比重提高到15%(2020)、20%(2030)的具体目标(如果加上核电,该目标约提高3个百分点)。

大力发展新能源,快速提升新能源终端消费比重,成为建设生态文明、美丽中国的重要路径。新能源将在不久的将来扮演重要角色。

4.可再生能源电力将进入平价时代

随着新能源领域技术进步,以及新的商业模式出现,尤其在光伏发电和风电领域,成本下降非常迅速。根据国际可再生能源署(IRENA)发布的报告,在全球许多地区达到或低于化石燃料发电成本。IRENA预计到2020年,全球商业化的可再生能源度电成本将落在3—10美分/千瓦时价格区间,进入平价时代。其中:

2010—2017年间,全球公用事业太阳能光伏发电的加权平准化度电成本大幅下降超过70%,从36 美分/千瓦时降至10美分/千瓦时。2017年德国竞标成功的光伏项目的平均价格低于50欧元/MWh(60美元/MWh),较前两年下降近50%。IRENA预计到2020年,光伏发电成本还将再降五成。

风力发电在2010—2017年间, 陆上风电和海上风电的平准化度电成本分别下降25%和17%,即从2010年的8美分/千瓦时和17美分/千瓦时降至6美分/千瓦时和14美分/千瓦时(加拿大、印度、墨西哥、摩洛哥等多元化市场,陆上风电竞标的价格出现了低于20美元/MWh的投标价,较2016年的招标降低了40%-50%并创全球新低。德国国内的纪录也降低至38欧元/MWh。2017年德国和荷兰的海上风电竞标结果出现了零补贴中标,这些项目分别将于2024年和2022年开始运行)。

IRENA预计,到2019年,最好的陆上风电项目平准化度电成本将不超过3美分/千瓦时,届时将比化石燃料发电更低。2020—2022年间,海上风电的平准化度电成本将在6—10美分/千瓦时之间。

5.新技术的突破有望推动能源系统的革命性变革

能源转型进程中,一些诸如储能、氢能、能源互联网等新技术的突破,有可能重塑能源系统,新的能源系统将更具有柔性、开放性和兼容性。各类能源品种在新的能源系统中有机融合、互补,各尽所能发挥作用,从而实现能源系统的低碳化转型。

储能。能源系统最终实现低碳、零碳转型,风、光等间歇性能源的大规模利用是当前世界各国的共识。在间歇性能源规模化利用方面,有两种方案:

一是基于现有能源体系,通过集中开发,(超) 远距离传输, 例如, 国内风光基地建设,以及全球能源互联。二是基于风、光等间歇性能源特点,分布式利用就地消纳。

第一种方案,大规模接入会对大网安全稳定带来冲击。需要更加灵活配套电源来进行干预(这种方式并不低碳与经济,偏离了能源转型的初衷),或者只能通过大规模储能来减少波动性,避免对电网的冲击。

第二种方案,分布式利用虽然可独立运行,减少了对电网的冲击,但小型储能系统仍然是这种分散式利用商业化的必要条件之一。因此,储能技术的成熟并商业化应用将能极大提高风、光等间歇性能源利用规模。

氢能。氢作为洁净的二次能源载体,能方便地转换成电和热,具有转化效率高、来源途径广、噪音低以及零排放等优点,可广泛应用于汽车、飞机、列车等交通工具以及固定电站等方面。

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有专家预测, 氢能源将颠覆两个领域,一是交通运输行业,技术成熟氢能汽车将取代传统燃油汽车和“传统”电动汽车。二是颠覆能源格局,采用可再生能源实现大规模制氢,通过氢气的桥接作用,既可为燃料电池提供氢源,也可转化为液体燃料,从而有可能实现由化石能源顺利过渡到可再生能源的可持续循环,催生可持续发展的氢能经济。因此,氢能作为洁净能源重要载体,被日本、欧洲等国家看作本国未来能源变革的重要组成部分,甚至将氢能产业提升到战略高度。

此外,数字化、能源互联网、微电网、虚拟电厂、区块链等领域的技术进步,也逐渐渗透至能源系统内部,不仅有利于提高能源系统的包容性,而且更加丰富了新能源利用的商业模式,对新能源产业将是新的机遇。

05 促进新能源产业发展的重点与政策建议

新能源发展即将进入平价时代。新的形势下加强向围绕新能源而构建的能源系统转型的顶层设计,构建有利于新能源发展的制度环境和市场机制是提高新能源占终端比重,实现新能源产业健康发展的关键。

1.围绕新能源调整能源发展战略

当前,世界大部分国家已经积极推进能源转型实践,向清洁低碳的能源体系转型成为各国能源战略重要内容。围绕化石能源制定未来能源发展战略,在能源转型不断推进的背景下将逐渐失去现实基础。例如,仅强调能源供给的传统能源安全战略,如果不能对这一大趋势进行及时反应,那么将很有可能失去在未来新的世界能源格局下的话语权。

同样,如果不能从战略高度确定新能源在未来能源系统中的战略性角色, 那么在既定的能源发展战略路径下,传统化石能源的优势将会继续,甚至会因为化石能源行业投资锁定效应得以增强,从而压缩了新能源进一步发展的空间,增加了能源转型的成本。

因此,中国能源发展战略需要在能源系统向以风、光为代表的新能源转型背景下进行调整。

一是确定新能源在未来能源系统中的战略地位;二是部署新能源领域重大、前沿技术研发;三是调整能源领域重大投资方向, 更加鼓励新能源领域的基础设施投资;四是制定新能源发展的长期战略安排、实施路径,以及新能源发展的进展和政策实施效果的科学评估和考核体系。

2.依靠市场调整新能源发展模式

从世界主要新能源大国的发展经验来看,新能源发展初期各国政府都通过制定新能源发展的法律体系,以及强制性政策措施,来提高新能源的市场份额,极大地推动了新能源产业的发展。在政策支持与技术进步推动下,以风、光为代表的新能源发电成本不断下降。IRENA2018年5月发布的《2018可再生能源发电成本》显示,陆上风电和光伏的度电成本从全球各国承诺的到2020年新增装机容量来看,超过77%的陆上风电项目和83%的大规模光伏项目的电价会低于最便宜的火力发电装机(包括煤电、油电和气电)。

在我国,预计2022年,大部分风电和光伏发电项目将具备发电侧平价上网条件。风电与光伏发电逐渐进入平价时代。这意味着, 新能源发展模式应该由政策驱动、国企主导向市场驱动、公平准入转变,政府逐步退出新能源市场,而把重点转向构建平等、开放、有序、健康的适合新能源发展的市场环境。

一是逐步取消可再生能源发电补贴;二是制定针对垄断企业市场势力的监管制度,尤其是禁止垄断企业依靠自有垄断网络延伸诸如电网规划、增量配网等业务领域;三是进一步深化能源价格形成机制改革,构建反映市场供求和资源稀缺程度、体现生态价值和环境损害成本的能源价格体系。

3.通过体制革命理顺新能源发展机制

当前能源体制脱胎于计划体制,是围绕化石能源而设计。这种体制下,政府通常以传统下达指令任务、指标考核的方式实现能源经济活动的干预。这一方式的优势就是能在较短的时间内迅速地提高风、光等新能源发电装机规模。

近十年来,中国风电、光伏发电装机规模已位居世界第一,成为全球新能源发展的引领者,正是得益于这一体制安排。但是,这一体制忽略了由于新能源发展与传统能源体制(尤其是电力体制)的不完全兼容而导致的新能源发展空间的有限性。例如,现有体制下,优先保证火力发电利用小时数,没有保证风电等可再生能源的发电小时数,行政计划调度过度干预市场选择;各类补贴政策进一步强化了化石能源的市场竞争力,等等。

因此,按照习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议提出的推动能源体制革命,构建有效竞争的市场结构和市场体系,形成主要由市场决定能源价格的机制,创新能源科学管理模式,建立健全能源法治体系的战略思想,体制革命要朝着有利于新能源发展的方向调整。一是深化电力体制改革,建设统一、高效、灵活的电力市场,从制度上提高能源系统的灵活性和新能源发电的发展空间。二是自然垄断环节的无歧视开放,建立严格的可操作的垄断监管机制。三是建立健全能源法治体系,推进不同层级能源管理和监管机构、职能、权限、程序、责任法定化,监管独立性,执法公平化。

本文来源: 《中国发展观察》2019年第16期

本文转自:中国社会科学网

本文作者:王蕾 工作单位:中国社会科学院工业经济研究所

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