关于低碳经济背景下的新能源开发和利用分析

中国产业研究报告网讯:

    内容提示：新能源的开发制造过程需要耗散大量资源，太阳能发电转化效率低、成本高，太阳能和风力发电装置是有一定寿命的，政府补贴是有限的。 

    1 前言 

    能源的稳定供给对于经济社会的发展至关重要，然而全球化石燃料的大量燃烧，带来了日益严重的环境污染和能源短缺。面对严酷的现实，人们提出了低碳经济的概念。它一方面是要利用现代科技等手段实现节能、增效，另一方面是要开发新能源，最终目的是实现经济社会发展的低能耗、高能效、少污染和能源供给多元化的可持续发展之路。 

    节能、增效一直非常受到关注，人类几十年来利用经济、法律以及科技等手段广泛开展的节能是有一定成效的。但是由于经济社会的快速发展，能源需求量扩大，能源的供应仍然不断趋紧，由此带来的社会震荡和担忧也日益显现。然而人类社会已经完全离不开化石能源，否则全球经济将出现难以想象的急速衰退。因此，开发利用新能源就成了低碳经济背景下更为紧迫的选择，这也是近年来各国加快开发和利用新能源步伐的重要原因。 

    2 新能源的概念 

    一般认为，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。 

    环境污染和能源短缺的现实压力令全世界开始重新关注新能源，而且希望新能源能够克服化石燃料燃烧带来的污染和可能出现的能源枯竭。新能源看似有很多优点，如太阳能和风能，取之不尽、用之不竭，利用过程中也不会排放很多的污染物。然而世界各国利用现代科技手段开发不同种类的新能源已有几十年的历史，当然也取得了很大进步，包括太阳能发电、风力发电、核能、生物质能等，但至今还没有一种新能源能够取代现在普遍使用的化石能源，而只能作为常规能源有限的补充。这一方面说明各国还没有取得技术上的全面突破，另一方面，新能源开发利用本身是否也存在一些依靠技术难以克服的障碍呢？因此，应当正视新能源本身和开发利用过程中出现的问题，对新能源过高的期待也应有更为理性的认识。 

    3 新能源开发与利用过程分析 

    3.1 新能源的开发制造过程需要耗散大量资源 

    以目前较为普遍利用的、也是人们最为关注的新能源太阳能光伏发电和风力发电为例，其最显著的特点是在实际利用过程中与燃烧化石燃料相比排放的二氧化碳及相关的污染物非常之少。如一次性投资建成后，就可以依靠自然力运转若干年，基本不排放二氧化碳，维护成本也不太高。即使是生物质能，如技术比较成熟的玉米乙醇，它的燃烧产物也相对比较清洁。更为关键的是，新能源是可再生、可持续的能源。因此，太阳能光伏发电和风力发电的利用过程无疑是低碳的，而它的开发制造过程却是另外一回事。 

    无论是太阳能还是风能，总是要和地球上其他大量非再生资源结合后才能正常运转，发出电能。如生产和制造太阳能和风力发电装置过程中都要消耗大量的金属和非金属材料，包括钢材、铜、镉、硅、锗、硒、镓、砷等，还需要大量的玻璃、塑料、橡胶等化工产品。上述所需材料事先都要经过开矿、熔炼、提纯、合成等复杂的过程，每一过程都要耗散大量的石油、煤炭等不可再生资源，排放大量的二氧化碳等污染物。此外，发电装置的安装就位还要大量占地、远距离运输等，这些过程都是高碳的，需要大量的化石燃料作支撑，同时也大大提高了新能源开发利用的成本。目前风力发电成本是火电的2-3倍，太阳能光伏发电成本是火电的5-10倍[1]。 

    由于风力发电和光伏发电设备的制造要消耗大量的金属材料，这就推高了发电成本。现在吨钢综合能耗的国家标准为一类企业700kg标煤/t，二类企业730kg标煤/t。这里所谓的吨钢综合能耗并不包括钢铁工业企业的采矿、选矿、铁合金、耐火材料制品、碳素制品、煤化工产品及其他产品生产、辅助生产及非生产的能耗，这些能耗没有计算到吨钢综合能耗中去，但成本是一定要摊的。因此，仅看吨钢综合能耗的数据还不足以说明风力发电开发制造和利用全过程的排碳量，而市场价格及成本的数据则比较全面地反映了风电的全程排碳量以及与火电排碳量定性的比较。 

    很显然，新能源开发和设备制造过程对化石燃料的依赖、高成本和二氧化碳等污染物的排放之间是有正相关性的。虽然现在还很难比较准确地计算出新能源与常规能源各自在开发制造和利用的全过程中排碳量、排污量的多少，但目前的高成本说明新能源的开发利用并不经济，全过程排碳量也不见得少，媒体所鼓噪的新能源低碳、无污染、零排放等说法是不全面、不客观的。 

    3.2 太阳能发电转化效率低、成本高

　　据2008年中国能源投资论坛的最新报告，上海市在纳米专项基金的支持下，经过3年多实验与探索，已经研制出新型仿生太阳能电池。它的光电转化效率已超过10%，接近11%的世界最高水平。从数据可以看出，世界最高水准的光电转化效率也仅有11%。如果在阳光不太充足的多云天气或者是雨天和闷热的天气里，太阳光伏效应转换的效率还会大幅度降低。

　　在太阳能电池中硅系太阳能电池是发展最成熟的，但其成本居高不下。晶硅太阳能电池的主要材料是硅片，比如铺设大面积的太阳能电池幕墙。然而目前太阳能电池板主要用的是高纯硅，纯度达到99.9999%，这项技术被德国、日本、美国等几家公司垄断。太阳能电池用的高纯硅都是进口的，价值不菲，成本太高，远不能满足大规模推广应用的要求，所以太阳能发电系统在未来仍需要人们不断地探索与完善。

　　中国新能源行业“十二五”规划发展指导报告 

    目前国内太阳能光伏发电投资约5万元/kW，而火电约为5千元/kW。太阳能光伏发电投资的高成本，意味着采用当前技术大规模开发太阳能光伏发电是不经济的，虽然随着太阳能光伏发电设备生产技术的改进、生产规模的扩大以及生产链的完善，成本降低是可以预期的。而从另一个角度来看，太阳能光伏发电的基本材料——多晶硅和单晶硅的生产能耗很高，规模生产极有可能反过来抬高常规能源的价格，因此期望太阳能光伏发电组件生产成本的大幅降低又是不现实的。

　　中国已经成为世界上最大的太阳能电池组件生产国，然而由于尚未启动国内太阳能电池的需求市场，所生产太阳能电池组件的98%以上都需要出口。发达国家为了保护自己的环境，将大量耗能的前期生产放到了中国，虽然赚得一些利润，但环境代价是不言而喻的。还有国内光伏产业市场启动速度太慢，市场和产业不协调，说明市场承受不了目前光伏技术应用的高成本。这种基本依赖于出口市场的产业存在着潜在危机，发达国家一旦因经济危机或是为了保护本国的行业利益，压缩或暂停太阳能电池片的进口，势必对我国太阳能电池和硅材料行业产生巨大影响，甚至可能引起该行业的运转困难。这必须引起足够的重视，做到未雨绸缪。应加快我国光伏技术的应用和市场发展，完善产业链，不能不顾环境压力仅仅关注产业某一环节的利润。

　　3.3 太阳能和风力发电装置是有一定寿命的

　　太阳能发电装置和风力发电装置目前的设计适用寿命最多是20年，在这期间设备要经受全天候的考验。生产风电设备的技术是集空气动力学、材料力学、工艺制造、气象学、电机学、自动控制、电力传输、保护与控制等多学科于一体的综合性技术，技术含量非常高。制造企业必须具备先进的设计理念和一流的制造技术才有可能制造出先进的风电设备，即使这样也很难保证在20年内设备不出问题，太阳能光伏发电装置同样存在此类问题。我国中西部地区风沙较大，对风电设备磨损非常严重，风沙的侵蚀会使风电设备的寿命大打折扣。

　　事实上，我国风电设备生产企业的发展还不到20年，也没有已经运营了20年的风电场。根据欧洲风能协会的测算，陆上风电的投资成本在800-1150欧元/kW，发电成本在4-6欧分/（kW•h）之间；海上风电的投资和发电成本分别比陆上高出50%-100%，投资成本在1250-1800欧元/kW，发电成本在7.1-9.6欧分/（kW•h）之间，根据资源条件不同而有所变化[2]。发达国家在掌握专利和先进生产技术的条件下，其风电成本依然高于常规能源电价，而我国风电不但成本高，而且还存在风沙侵蚀等潜在问题。发达国家发展风电多是利用海洋风，我国也已经开始了海上风电的开发，不过海上空气的含盐量和湿度都相对较高，因此相对于陆上的沙尘，海风对风电设备的腐蚀作用恐怕也会给风电设备生产企业提出新的难题。

　　3.4 政府补贴是有限的

　　与其他行业不同的是，新能源行业十分倚重政府的资金和政策支持，企业自身竞争力往往难以承受市场考验，而经济压力又使得政府补贴不可能长久进行下去，新能源企业也不能总是指望政府的补贴或贷款生存。在我国目前尚未真正掌握核心技术和新能源技术还有待改进的情况下，政府的优惠政策不能成为支持浪费的始作俑者。要避免新能源低碳概念的炒作，更要防止某些企业钻新能源政策的空子，对于不太成熟技术的推广而给予企业的补贴要慎重。