作者按: 《社會觀察》雜志2011年第2期刊登上海社科院部門經濟所葛偉民研究員的文章《太陽能發電尚無經濟可行性》,對國內太陽能光伏發展提出了質疑。我看葛文許多論點和論據有誤,如不加以澄清,會誤導政府決策,誤導公眾對綠色新能源的價值判斷。所以在本博客上寫了一篇博文,分三次連載,予以駁斥(見2011年5月3日到4日本博客的博文)。考慮到博客與雜志的影響范圍有天壤之別,因此,將原文中針對葛偉民先生個人的較為尖銳的言語刪去,投稿到了《社會觀察》,希望能夠在該雜志刊登出來,以在原文的讀者范圍內消除影響。今年十一月,本文終于登了出來(刊于2011年11期《社會觀察》雜志,p.44)。在這里,再與大家分享一次,同時,也感謝《社會觀察》編輯部的公正立場。
這里是本人投稿的原文,雜志刊出時,略有修改。
如何看待光電不穩定性與電網系統穩定性矛盾?
葛文認為:由于“光伏發電存在不穩定性”,“電力部門竭力反對太陽能光伏發電并網”,由此斷言推廣光電不可行。事實上,國家發改委去年招標的280MW光伏發電項目,不僅都得到電力部門的支持,而且投標的絕大多數公司本身就是國家的五大電力公司和地方電力公司。筆者所在的上海普羅新能源有限公司,去年在寧夏太陽山建造的一兆瓦容量的光伏發電站并網,同期開工還有40MW光伏電站,這些非招標項目也受到電力部門大力支持。
葛文認為:“電力系統穩定性不容納外來不穩定電源。”其實,電網對于電源和負載的不穩定性,都有一定容納能力。我國電網對于電源不穩定性的容納限度目前是15%,即容許15%以下電源可以波動。北美電網容納限度為22%。目前,我國并網的光伏發電在我國電網總容量中所占的比例不到萬分之一,光伏發電的不穩定性遠不足以對于電網的穩定性造成危害。實際上,電網調度系統對于發電量和負載量的波動都有一定調節能力。況且,光電具有分布式發電特點,從大面積看,穩定性要比單個電站要強得多。而且,對于光伏發電超過電網容量的10%的配置,也已在許多電力機構的考慮和設計之中,將完全有把握保證光伏發電的可行性。
葛文說:“智能電網的建設遠遠不是想象中那么容易。”其實,利用光伏和風力發電進行穩定的發電,需要智能電網與蓄能技術的結合。例如,一個1GW(一百萬千瓦)的光伏電站,白天發出來,晚上沒有電,或者突然陰天,那么,電網對于這一百萬千瓦的電源缺失,是不能容忍的(假設當地電網的容量小于六百萬千瓦)。如果僅僅依賴電網調度,那么,電網需要在瞬間從異地調入一百萬千瓦的電力,或者從本地切出一百萬千瓦的負荷,難度是相當巨大的。如果全部依賴蓄能,那么,能夠以如此大的功率長期供應這缺失的一百萬千瓦容量,目前也沒有這么大容量的蓄能系統。但是,如果采用蓄能與智能電網結合,在光伏發電中斷后,只要蓄電池能供應一分鐘電力,同時,將供電中斷的信號發出,那么,以目前電力調度系統的能力,在一分鐘內從外部調入一百萬千瓦的電力,是完全可以滿足的。通常,一個地區的電力不足或過剩,從就近電網調過來即可,不必從“數千公里”以外解決。
葛文質疑光伏“電流質量能否達到標準”。事實是,光伏發的直流電,經過逆變器后,根本不可能“仍有少量直流電進來”。而且,目前的逆變技術完全采用數字控制,波形、頻率遠比現有火力發電的交流電更為標準,完全不存在“交流頻率也不全符合要求”的問題。目前國內使用的逆變器技術完全可以國產化。上海普羅新能源公司單機1MW容量的逆變器在寧夏2010年5月并入國家電網,運行已近一年,不僅容量為世界最大,質量十分穩定,而且效率達到98.6%,遠遠高出德國產品的96%的水平,產品價格僅為每瓦1元,也遠遠低于德國產品。預計國內光伏電站容量發展到一定規模后,逆變器價格可降低到每瓦0.5元。
當前光伏發電成本究竟處于何種水平?
光伏發電經濟上是否可行性,很大程度上取決于光伏發電的成本問題,其中包括能源回收周期、投資回收周期、光電設備壽命期、光電上網電價、蓄電池價格等。
葛文對太陽能專家論證光伏發電設備制造安裝所消耗能源回收期為2.5年持否定態度。事實是,中國科學院、上海交通大學、中山大學太陽能系統所于2009年聯合對光伏電站建造過程中耗能進行了全面測算,包括從多晶硅、鑄錠、切片、電池片、組件、逆變系統以及全部的輔料如銀漿、玻璃、鋁合金、電纜以及所有的設備,甚至連運輸因素都考慮了,所得出結論是能源回收期為2.49年。這還是按現有西門子法多晶硅技術做計算。如果采用冶金法多晶硅生產技術,回收周期僅為1.5年,這在國際光伏界已公認。
葛文斷言:“一套家用太陽能光伏發電系統20多萬元,加上維修、維護費用,還有蓄電池更換,回收成本也要50~100年。”這種說法顯然有誤。目前每瓦光伏電站的裝機成本已經下降到12元人民幣。按照寧夏地區每瓦電池每年發電1.6度,20年回收期內一共發電32度計算,成本電價僅為0.41元/度。如果計入火力發電造成的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化物排放形成環境治理成本,這個價格已經遠遠低于目前的火力發電成本。隨著石油、煤炭不可抑制的漲價,以及光伏發電規模增加和技術進步帶來的成本下降,光伏發電成本低于火力發電成本將在最近三到五年內實現。至于光伏電池板使用壽命問題,可以舉出的例證是,蘭州和海南都有運行超過25年的光伏電站。這些電站的發電量相比25年前,僅僅下降了10%。
葛文說:“完全走市場化道路,是很少有消費者愿意接受的。”這只是暫時的現象。市場化需要一個過程,而政府補貼是這個過程的催化劑。我國光電上網電價,每度從2007年8元持續降到2008年4元、2009年1.09元、2010年0.72元。而且,現在整個光伏產業都在致力于“更低成本、更高效率”的方向,預計到2013年,光伏發電成本可以降到每度0.5元。德國光伏發電補貼,從2005年每度0.57歐元,已降到現在每度0.22歐元。這恰是德國政府有遠見的補貼結果。政府補貼是為了大規模應用,而大規模應用是為了降低成本,最終達到不補貼的結果。這樣的見識,遠比那些看到光伏成本高就嚷嚷不能用的人要高明得多。等到光伏電價低于火力發電的那一天,難道還會有消費者不愿意接受嗎?現在德國、美國就有許多消費者即便沒有拿到政府補貼,也愿意以高于火力的電價來安裝光伏電站。這是對地球和全人類擔負責任的態度。他們同樣也為光伏產業市場化做出了可貴貢獻。
葛文說:“有的人提出敦煌2009年競標是1.09元/千瓦時,這個價格是把20元/千瓦時的財政補貼算進去計算出來的。”事實是,現在不計任何補貼,即使按照2009年的成本和20年投資回報期計算,發電成本已經下降到了每度0.7元。這是上海普羅新能源公司在寧夏投資建設1MW光伏電站的實際數字。
葛文提到,崇明建設國內最大兆瓦級光伏電站時,上海市電力公司計發電成本約為每度7元;世博會光伏發電成本每度4元以上。葛文認為,火力發電一般每度僅為0.35~0.60元,經濟可行性一般是在火電與光電兩者相差百分之幾最多是百分之幾十的情況下才可討論,如果相差10倍,既要財政補貼,又要電力部門虧本收購,那還有什么可討論的?我要澄清的事實是,崇明島光伏電站始建于2006年,世博會光電項目也是在該年開始設計的,當時每瓦裝機成本超過70元;而現在,裝機成本已經不到12元。光伏發電與火力發電成本相差10倍的情況,兩年前就已經一去不復返了!而隨著光伏各項產能的釋放,目前,光伏發電的裝機成本已經降到每瓦12元以下,光伏發電的成本已經低于0.5元/度,最多道2015年,光伏發電成本將低于火力發電。
葛文認為,蓄電池性能和成本問題至今仍是新能源應用的一大瓶頸,所有類型蓄電池的價格都不低,使用壽命也很有限。這個軟肋,很多人根本不愿意提起。我可以告訴讀者,目前許多國家正積極開發大容量、大功率蓄能技術,比如釩流體、鈉流、鋰鐵蓄電池。對于蓄電池的需要,當風力和光伏裝機容量占到電網容量15%以上時,才是迫切的。現在我國光伏發電不到裝機容量的萬分之一,要達到15%,還有1500倍的發展空間,這至少也需要十年后才能達到。目前美國已采用釩流體電池建設12萬千瓦的蓄能電站。所以,解決這個問題我們還有充足的時間,而且許多人在致力于相關技術的研發和產業化,絕對不存在“這個軟肋,很多人根本不愿意提起”的問題。釩流體的成本下降的空間非常大,價格當然也會在大規模使用后大幅下降。
中國發展光伏產業被“低碳陰謀”忽悠嗎?
葛文提醒人們:“太陽能光伏發電產業轉移過程隱含國際陰謀。”他贊同這樣的觀點:“低碳經濟”是發達國家在忽悠我們,是想向我們征稅,通過碳減排的議題阻撓中國的發展。美國和歐盟等發達國家目的是讓發展中國家為溫室氣體排放買單,繼續牽制和盤剝發展中國家。
其實,“低碳陰謀”與光伏發電這兩個概念不能等同。各國鼓勵光伏發電發展的主要動因,不僅僅是由于氣候變化,而更是化石能源日趨枯竭。我國石油儲量開采最多不會超過三十年,較易開采的煤炭不會超過五十年。即便是核能,鈾礦石開采也不到四十年。隨著易開采的能源越來越少,開采難度和成本越來越大,石油和煤炭價格上漲不可避免。我國現有電價是在政府為抑制通貨膨脹加劇,讓全國電廠集體虧損的情況下達成的。如果電價真正放開,現在的電價估計漲50%也不止。而現在全國電廠已經沒有幾家能夠在現有電價下繼續支撐下去了,電價的上漲已經不可避免。所以,即便沒有氣候變暖,沒有環保壓力,中國發展光電、風電等新能源是必須的。這是涉及到國家能源安全的重大戰略決策,絕不是為了緩解外國政府的壓力,或者被人忽悠后使出的昏招。
繼歐洲之后,澳大利亞最近宣布到2020年前,向光伏產業撥款360億元資助,共建設9GW光伏電站。美國、加拿大也宣布要對光伏進行大規模補貼。實際上,美國政府從來沒有鼓勵中國發展光伏,恰恰相反,美國政府屢屢指責中國政府對光伏企業補貼過多。去年的301法案,就是試圖阻擊中國的光伏產業的動作之一。而這是在美國政府大規模啟動國內的光伏補貼時進行的。最近,美國對中國進行“雙反”起訴,也是懼怕中國光伏產業的發展勢頭而采取的遏制措施。
刮目相看多晶硅生產成本和環保現狀
葛文對我國與國外多晶硅的生產成本比較也有誤。他說:“目前高端的多晶硅技術是掌握在世界上七大公司手里,主要是美國、德國和日本的公司,它們的生產成本是每公斤20到30美元;而我們國家的多晶硅生產成本是每公斤50到70美元。”事實上,從2008年到2010年,我國多晶硅廠家積極應對國際競爭,將多晶硅的能耗從每公斤250度以上降到了每公斤160度以下,而成本也從每噸70萬元降到了17萬元,江蘇中能的銷售價格已經降到了每公斤200元人民幣。
葛文提到美國報刊登文章說我國發展多晶硅生產是“出口了清潔,留下了污染”。美國報刊的這篇文章發表于2008年3月,此前中國多晶硅生產污染問題確實較大。但現在絕大多數工廠都已經解決了污染問題。筆者到訪過江蘇中能(產能25000噸/年),洛陽中硅(5000噸/年),天威硅材料(3000噸/年),江蘇順大(1500噸/年),河南中博(600噸/年),這些工廠沒有亂排放污染。
以發展目光看待光伏發電“軟肋”問題的破解
葛文列舉了光伏發電很多“軟肋”。其一是日照條件和空氣污染對發電效率的制約。葛文說:“汽車尾氣導致我國許多城市空氣污染嚴重,部分地區甚至出現1年200天的陰霾天氣。因此,太陽能光伏發電建設項目基本上都達不到設計效果。”天氣變化和尾氣污染對于光伏發電當然有影響,但設計人員在設計時會將該問題考慮進去,作為估算的依據。需要指出的是,我國光伏發電歷史較短,氣象部門統計的日照時間、大氣質量指數等對于光伏發電影響的數據還不完備。例如,氣象部門對于上海地區的年日照時間數據為1300小時,上海電力學院趙春江教授的家用光伏系統、上海電氣集團的200KW電站、上海普羅位于南匯工業園區的20KW光伏電站的實際運行表明,上海地區光伏實際滿負荷發電時間均在1200小時以上。氣象部門統計的日照時間,陰天和雨天均不計入。而實際上,在陰天甚至雨天,光伏組件仍可發出大約10~30%的電力。氣象數據與實際發電時間的數據有偏差,這樣的問題今后可以逐漸糾正。
葛文列舉“軟肋”其二是,太陽能光伏發電系統是一個脆弱的系統,只要有10%的電池板面積被陰影遮蔽,系統總發電量便會下跌50%。即使采用美國國家半導體公司的SolarMagic電源優化器,系統總發電能力最多也只能達到78%的設計值。事實是,光伏發電板遮蔽問題,在現有光伏組件制造技術中已經解決,不存在所謂“10%的遮蔽會導致總發電能力只能達到50%”的問題。目前我國光伏電站的多項技術,如追日、防遮蔽等都領先于國際技術。上海普羅新能源公司的PCPO技術,比美國solarMagic 的技術優越得多,不僅可以解決遮蔽損失,而且還能夠讓組件發出比常規多出20%的電量。
葛文列舉“軟肋”其三是,“后續管理和服務也有嚴重問題”,比如,沙塵暴多發地區太陽能電池板保持清潔是個很大的難題;又如,大規模建造的太陽能光伏發電項目后續管理維護是大問題,由于光電項目發展快速,缺少后續管理、服務及維護人才。我據上海普羅新能源公司在寧夏太陽山安裝兆瓦級光伏電站的經驗,即使那里是大漠戈壁,沙塵暴多發地區,一個清潔工一天可以清潔大約0.5MW光伏發電板;清潔一次,可以大約將發電量增加2%,這個效果可以維持3天。因此,一個10MW的電站,即便每3天清潔一次,僅需七八個清潔工。這怎么會成了“一個很大的難題”呢?至于維護,一個1MW的光伏電站只需要每班兩個人即可維護,比同等裝機容量的火力發電廠的維護簡單一百倍也不止。即便是10MW的光伏電站,維護人員也不超過每班6人。
光伏產業作為一個即將大規模替代常規能源的新興產業,正在飛速發展。在這個階段,一定會出現這樣那樣的問題,而這些問題隨著技術和產業進步,也必然會一一解決。隨著持續創新,光伏產業各個環節的技術和數據,每年甚至數月內可能都發生顛覆性的變化。光伏發電走入千家萬戶的那一天,會比人們想象的要早得多。
作者簡介:史珺,中國科學院上海技術物理所博士畢業,現任上海普羅新能源有限公司總裁,中國冶金法太陽能多晶硅產業技術創新聯盟理事長,上海太陽能學會常務理事,浦東新區新能源產業聯盟副理事長,海南省可再生能源學會副理事長。