朱共山、施正荣称硅基能源将取代碳基能源 靠谱吗?

2021-06-07

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原标题:朱共山、施正荣称硅基能源将取代碳基能源,靠谱吗

来源:财经十一人

文|徐沛宇

光伏太阳能(6.380, -0.03, -0.47%)将超越风电等其他可再生能源,成为接替化石能源的第一主力,这一光伏业界的主流观点尚未得到其他业界的认同。

可再生能源取代化石能源是公认的能源转型方向;而施正荣、朱共山提出的“硅基能源将取代碳基能源”这一观点,存在争议。

硅基能源是一个新词,尚无准确公认的定义。广义来说,它是指以硅为原材料(介质)产生的能源产品,与煤炭、石油、天然气等富含碳元素的能源产品相对应。狭义来说,硅基能源主要是指以晶硅电池为主的光伏发电。

在近日举行的第十五届(2021)SNEC全球光伏大会上,大会执行主席、协鑫集团董事长朱共山表示,“碳中和”正在催生一场硅基能源取代碳基能源的清洁能源替代革命。能源转型的实质,是以硅能源为代表的清洁能源,替代传统的碳能源。

朱共山提出上述观点的论据是:与煤炭、石油、天然气等碳基能源日渐枯竭相比,硅基能源的有效利用才刚刚开始。硅是除了氧气之外,地壳表层最为常见的元素,广泛存在于岩石甚至是普通的沙粒之中,而且硅的性能稳定,提纯技术成熟,可作为光伏和半导体产业的火车头,成为未来能源的主力军。

在朱共山发表上述论述前,澳大利亚国家科学和工程技术院院士 、上海电力(6.890, -0.09, -1.29%)大学教授、原无锡尚德董事长施正荣已提出过类似观点。在此次大会上,施正荣再次称,以化石能源为代表的碳基能源将转向以光伏为代表的硅基能源。

施正荣表示,光伏发电所用的晶体硅技术经过了20多年的发展,技术、人才、设备、供应链、资本、市场方面已形成非常完整的体系,未来是硅基能源的时代。同时,光伏制氢将开拓高效清洁智能的能源发展新路径,光伏与储能的结合是未来智能城市特征之一。只要将硅基能源与储能技术、绿色建筑和物流交通等相结合,便可使电力像Wi-Fi一样免费且便利。

硅基能源的源泉是太阳,太阳能自然取之不竭。从硅元素的特点上来看,硅基能源的确大有可为。硅在地球中的含量仅次于氧,排行第二。硅不仅廉价易得,还具有良好的导电功能,是各种半导体中应用最广的一种。硅元素提纯技术成熟,制作成本低,如今硅的提纯度可以达到 99.999999999%。

从光伏产业的历史来看,基于硅材料的光伏电池并不是唯一选择。光伏电池能量转换的原理是光生伏特效应,它是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。1839 年,法国科学家 Alexandre Edmond Becqurel 发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差,若用导线将不同部位连接起来,则有电流输出。这种现象后被称为光生伏特效应。

最早的光伏电池是科学家们在19世纪末发明的固态硒电池,当时的光电转换效率仅有 1%。美国贝尔实验室 D.M. Chapin,C.S. Fuller 和 G.L. Pearson 等人在 1954 年研制出了第一个无机单晶太阳能电池,其光电转化效率为 6%。此为现代硅基光伏电池时代的开始。

也是在1954年 ,在玻璃上沉积硫化镉薄膜制成的第一块薄膜太阳能电池诞生了。在那之后,科学家们还研制了砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)、碲化镉(CdTe),以及基于硅材料的其他多种薄膜太阳能电池。

施正荣在预言硅基能源时代将来临之前,曾潜心研究薄膜太阳能电池。施正荣于1991年在澳大利亚新南威尔士大学获得博士学位,其博士论文以多晶硅薄膜太阳电池技术为主题。

在半个多世纪的时间里,薄膜太阳能电池和硅基光伏电池各有发展,没有哪种技术路线完全胜出。直到最近两三年,以高纯度硅材料作为主要原材料的晶体硅太阳能电池,成为了当前唯一的主流光伏电池,量产单晶硅电池最高转换效率在22—23%之间。

德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)所长Eicke R. Weber教授在此次SNEC全球光伏大会上表示,基于硅材料的电池现在占到了光伏电池总产量的95%以上。硅基光伏电池的技术仍在不断发展和进步,预计将会实现30%的转换效率。

半导体材料专家、中国科学院院士杨德仁给出的数据是:基于硅材料的光伏电池已占到光伏电池市场的97.5%。杨德仁在此次SNEC全球光伏大会上说,目前的硅基光伏电池与其1956年诞生之初的技术没有根本区别,这是太阳能电池最简单的模型。对于施正荣提出的硅基能源概念,杨德仁未置可否。

在利用太阳生产能源的领域,并不仅存在光伏一种技术路线,还包括光热发电技术。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将太阳能直接转变为电能;光热发电是将太阳能先转换为热能,再将热能转换为机械能,最终转换为电能。

光热发电的核心材料(介质)几乎与硅材料无关。无论是在中国还是全球,光热发电的产业成熟度远落后于光伏,但并没有被抛弃。

光热发电项目能够借助储热系统存储热能,提高系统发电的稳定性和可靠性,其电力输出稳定,具有调峰调频能力,对电力系统更友好。光热发电主要有槽式、塔式、碟式(盘式)、菲涅尔式四种系统。

在五、六年前,光热和光伏还处于同场竞技的状态。2014年9月国际能源署发布的太阳能发电路线图认为,到2050年,光伏、光热发电将占全球发电总量的16%及11%。

美国和欧洲的光热技术在全球领先。中国在扶持光伏产业的同时,也在补贴推动光热技术的发展。2016年9月,国家能源局启动首批20个光热发电示范项目建设,总计装机容量近135万千瓦。这20个示范项目中包含9个塔式,7个槽式和4个菲涅尔式系统。

如今,光热由于技术不成熟、成本居高不下等原因,被光伏产业远远抛在了后面。中国《太阳能发展“十三五”规划》的目标是,到2020年底光热发电装机容量达到5000兆瓦。截至目前,中国仅建成光热发电项目520 兆瓦,但已位居全球第四位。据光热发电媒体CSPPLAZA统计,2019年全球光热发电建成总装机容量6451兆瓦,同比增长6.29%。

光伏在全球的发展都处于快速增长的态势。据国际能源署统计,截止2020年底,全球累计光伏装机760.4GW。有20个国家的新增光伏容量超过了1GW。其中中国、欧盟和美国分别以48.2GW、19.6GW和19.2GW位列全球前三。

尽管发展缓慢,但中国等诸多国家仍在推动光热的发展。国家能源局新能源和可再生能源司新能源处处长邢翼腾今年5月公开表示,在“十四五”期间将继续支持在青海、新疆、甘肃、内蒙古等资源优质区域,建设一定规模的光热发电项目,发挥光热发电的调节作用和系统支撑能力,保障光热发电产业能够接续发展。

因此,从整个太阳能产业来说,硅基光伏仍不能说已没有对手。在太阳能发电行业之外,风电、生物质能等其他可再生能源也具有较大的发展潜力,硅基能源并不会成为接替化石能源的唯一主力军。

“我不支持某类可再生能源将一家独大的观点。”国家应对气候变化战略研究和国际合作中心首任主任、中国能源研究会常务理事李俊峰李俊峰对《财经》记者说,能源革命的两大支柱是提高能效和发展可再生能源,未来的能源产业也不会是仅发展可再生能源。

不过,光伏产业的大多数人士都认为,光伏将超越风电等其他可再生能源,成为接替化石能源的第一主力。硅料龙头企业通威集团董事局主席刘汉元在此次全球光伏大会上表示,光伏发电资源充足,转换效率相对最高,将会占据未来可再生能源来源的60%-70%,甚至更高;风力发电占据20%左右;剩余的10%,由水电、生物质发电和核电等发电方式组成。

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责任编辑:张熠

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