风能和太阳能清洁能源的发展现状与挑战.docx

风能和太阳能清洁能源的发展现状与挑战风能和太阳能作为技术较为成熟且装机规模较大的可再生清洁能源，其发展是推动能源结构绿色低碳转型的关键。2023年，全球新增可再生清洁能源发电装机达510吉瓦，其中太阳能光伏发电占四分之三，成为绝对主力。得益于太阳能和风能发电装机的快速增长,全球可再生清洁能源发电量占比首次超过30%中国风能和太阳能资源丰富,风能和太阳能可开发量分别为10920.1太瓦和45.6-58.9太瓦。随着能源结构的转型，截至2023年，中国风能和太阳能等可再生清洁能源发电装机已达14.7亿千瓦，超过全国发电总装机的50%,并首次超过火电装机（国家能源局，2024）,成为全球可再生清洁能源发电装机的领导者。一、风能和太阳能清洁能源的发展现状近年来，风能和太阳能等可再生清洁能源因发电成本显著降低以及资源规模优势，占比迅速提升，成为能源系统增量主体。2023年底，中国风能和太阳能发电装机总容量分别约4.4亿千瓦和6.1亿千瓦（国家能源局，2024）,全球风能和太阳能发电装机总容量分别约10.2亿千瓦和14.2亿千瓦（国际可再生能源署，2024）。中国已经占全球风能和太阳能发电装机总容量的43.1%和43.0%,推动了全球能源的绿色低碳转型。（一）风力发电逐渐成熟风力发电因建设周期短和发电效率高，在能源绿色低碳转型中扮演着关键角色。2023年，中国新增风电装机7590万千瓦，占全球新增装机总量的65.5%（国际可再生能源署，2024）。随着海上风电装机规模增加，中国风电机组大型化和轻量化进程加快。当前，陆上新建机组通常在68兆瓦之间，海上新建机组已经在10兆瓦以上。此外，无叶片风机、海上漂浮风电、低风速风电等新概念风电技术也不断提出。中国风电技术不断取得突破，主轴轴承已实现16兆瓦自主研发,5兆瓦以下国产化，叶轮直径超过200米。风电机组单位千瓦价格下沉至1500元，近十年降幅超90%o设计制造工艺不断提升，以及齿轮箱、发电机、变流器等关键部件的改进升级，推动了中国风电机组智能化水平的提高。（二）光伏装机成为主力光伏发电是目前技术最为成熟、应用场景最为广泛的清洁电力之一。2023年，中国新增光伏装机达2.16亿千瓦，接近全球光伏新增装机的一半。光伏技术的持续进步推动了光伏发电效率的提高和成本的下降。中国光伏产业长期位居世界领先,产业链全球占比超过90%o光伏产品的单多晶转型、P型到N型转型、硅片薄片化以及双面技术等技术革新，推动电池的光电转换效率超过29%,组件功率超过700瓦。钙钛矿/晶体硅叠层电池是未来的重要发展方向之一，其理论转换效率可达35%o光伏发电电站主要有集中式和分布式两种。近年来，中国市场上集中式和分布式各占一半。分布式光伏发电具有直接灵活的优势，尤其在电价比较高的区域，需求显著，发展速度较快，前景广阔。（三）光热发电具有潜力光热作为重要的可再生能源，在电力、储能和供热方面均具有显著意义。2023年，全球光热发电累计装机容量为755万千瓦，其中中国装机58.8万千瓦（国家太阳能光热产业技术创新战略联盟，2024）。尽管中国的光热发电仍处于起步阶段，但新建光热发电示范项目的设备和材料自主比例已达95%,并且较其他国家具有成本优势。光热电站配备长周期和大容量的储热系统，可实现24小时连续稳定发电，能发挥燃煤机组的作用，并与风光互补发电，提高间歇性可再生能源的消纳比例。目前，由于技术成熟度不高和规模化优势不足,中国光热发电成本仍高于风电和光伏，新建光热发电成本约0.71.0元/千瓦时，建设成本较高。然而，光热发电的容量储备和调峰价值有望使其在未来快速增长，并在可再生清洁能源结构中发挥更大作用。二、风能和太阳能清洁能源发展的主要挑战中国正在加快构建新型低碳绿色能源体系，但仍面临诸多挑战,包括能源需求压力大、供给制约多、转型任务艰巨等。作为全球最大的风电和光伏市场，中国在推动技术进步和成本下降方面取得了显著成就，但是仍面临发电效率低、成本较高、储能不成熟等挑战。（一）海上风电的建设和长寿命服役挑战目前，风电产业链的部分环节、部件及材料仍存在对国外依赖较高的问题，例如风资源分析软件、关键部件（如轴承）以及关键材料（润滑剂）等。作为核心部件，风电机组的轴承一直受制于进口，2023年我国风力发电机主轴承国产化率约48%o叶片原材料是海上风电机组实现大型化、轻量化的基础，目前我国80%依赖进口。中国正加快风电技术升级，通过建设超高塔筒、超大机型测试验证平台，完善风资源测量评估，促进风电技术的进一步发展和成熟，并逐步实现了部分关键材料和零部件的国产化，但是由于海洋腐蚀等因素的影响,服役寿命有限。中国陆上风电技术已经成熟并且市场规模逐步扩大，但海上风电仍处于早期示范应用阶段。然而，高温、高湿、高盐等苛刻服役环境对海上风电的腐蚀防护、润滑提效、长寿命可靠服役等提出了新的需求。另外，海上风电尤其远离岸风电的施工、抗台风和电力输出也是挑战。（二）光伏行业产能过剩风险中国光伏行业虽然借助清洁能源机遇快速发展，但地方政府招商引资加速了产能过剩和竞争激烈的问题。目前，中国光伏组件供给企业主要以大型上市企业为主，面临产能结构性过剩、欧美打压、价格战等挑战。光伏组件的价格从2023年初的L81.9元/瓦，目前已跌至0.8元/瓦附近。光伏行业的产能扩张快于需求的增长，导致出现产能过剩风险。在本轮竞争后这一趋势将扭转，光伏行业也会回归理性发展。另外，由于贸易保护抬头，未来光伏产业链，尤其是组件部分产能可能转移到海外，如中东、印度、马来西亚和美国等。此外，光伏行业的大规模建设导致电价在发电量充足时段出现下降，甚至出现负电价，同样给难以根据需求调整发电量的光伏电站带来了严峻挑战。(三)光热发电成本降低的挑战中国的光热发电技术很早就进入了规模示范应用阶段，但目前成本仍然较高，远高于陆上风电和光伏发电。主要原因是，受限于装机规模小和政策不稳定，光热电站关键设备和材料生产成本高。2021年底前并网的光热示范项目能够享受L15元/千瓦时的电价补贴，但当补贴退出后，光热发电的成本竞争优势已丧失。光热发电需配置聚光集热、储换热和发电系统，系统较为复杂，而且部分设备仍依赖进口，如熔盐泵、熔盐阀等。未来的发展挑战包括推动进口设备的国产化，并发展低成本的聚光集热技术、高温储热技术、超临界二氧化碳发电技术及光热联合系统等新一代光热技术。(四)风能太阳能电站的长期维护难题目前，风能太阳能电站的建设受到广泛关注，但是对其长期维护的重视较少，缺乏相应的专业维护和运营团队。风能太阳能电站结构复杂、负荷变化频繁、运行环境恶劣，在运行期间，运行维护是确保设备安全稳定运行、提高设备利用效率、降低设备故障率、延长设备服役寿命的关键。然而，我国风能太阳能电站的运行维护专业化水平较低，故障率较高，长期运行可靠性问题突出。未来需要在风能太阳能电站的建设、运行和维护方面进行系统规划，加强专业运维队伍的培养和技术储备，确保电站长期稳定运行。三、风能和太阳能清洁能源高效利用展望预计到2060年，我国风能与太阳能发电装机量将达到2020年的10倍以上，并随着发电效率的提升，发电量将增加13倍以上。这将为推动我国清洁能源的全面发展，实现能源结构绿色低碳转型奠定坚实基础。（一）加快电网建设解决清洁能源消纳风险中国风能与太阳能清洁能源主要集中在西北和北方，远离电力负荷区。近年来，我国新能源装机容量快速增长，但并网比例较低，2022年风电装机3.65亿千瓦，但并网比例仅有10%左右。新能源项目建设和送出工程建设周期不同步，导致局部地区弃风弃光问题频发。因此需要加快建设特高压输出通道和完善配电网建设。智能电网通过信息技术与电力技术的深度融合，可以实现电网的智能化管理，提高电力系统的效率和稳定性，并促进可再生清洁能源的广泛应用。清洁能源建设与市场消纳的矛盾在短期内仍将存在，需要健全清洁能源并网上网机制、跨省跨区电力消纳机制、电力市场交易机制和清洁能源消纳机制。（二）加大储能支持力度支撑洁净能源发展随着风光储产业链成本的降低，电力运营企业应综合考虑配套成本和收益率，加大储能尤其是规模化长时储能系统建设。国家和地方政府应出台更多鼓励储能发展的政策，如电网侧独立储能、用户侧储能和共享储能等模式，支持新建项目配套占装机容量10%20%的储能设施。储能系统在促进新能源消纳、减缓电网波动和用户侧储能方面具有显著优势。2023年全球储能累计装机约294.1吉瓦，其中中国储能累计装机功率约83.7吉瓦。电化学储能和物理储能技术的发展将显著提高电力系统的灵活性和稳定性。中国电动汽车发展迅速,产销连续8年位居全球第一，电动汽车作为灵活的清洁能源载体将发挥越来越大的作用。（三）协同清洁能源快速发展与能源安全由于水电、风电、光伏等新能源的安全稳定供给能力仍需提升,传统能源特别是煤炭的保供调峰作用仍然重要。煤电作为电力安全保障的压舱石，正在转型为基础保障性和系统调节性电源。近年来，四川等水电大省多次出现限电事件，因此煤电在2030年前仍将适度增长，并重点布局在大型新能源基地、主要负荷中心和电网重要节点等。通过节能降碳、供热和灵活性改造，煤电机组将向清洁、高效和灵活方向转型，其带来的碳排放量也会下降。（四）发挥民营企业在清洁能源发展中的作用较国有企业，民营企业更早进入新能源领域，早期在光热发电等领域占据了主导地位。国家和地方政府应出台优惠政策，继续鼓励和支持民营企业参与新能源项目建设和运营，包括风能、太阳能等领域的投资，制定鼓励数据计算中心等高载能产业向西部清洁能源优势地区集聚的支持政策和实施细则，促进绿电本地消纳，构建东西部协同发展新格局。同时支持民营企业加大技术研发投入，开发新一代风能、太阳能和储能相关技术、材料和装备等。鼓励央企国企与民营企业合作，发挥央企国企的规模和信誉优势与民企的灵活和创新优势，带动上下游产业链协同发展。（五）持续鼓励支持清洁能源技术创新电动汽车、数据中心、绿氢、热泵和空调等需求快速增长对清洁能源的发展提出了更高要求。进入平价上网阶段后，风电、光伏发电行业面临降本增效的压力，市场竞争日益激烈。需要在技术研发、管理能力等多方面提升企业综合竞争力，跨越行业发展周期。从长期来看，技术研发仍是清洁能源行业发展的主要课题。随着风电的大型化和深远海发展趋势，企业不仅面临单机规模、零部件尺寸的变化，更需要加快双馈发电机、主轴轴承等关键零部件的国产化替代。止匕外,叶片轻量化、混塔技术、智能维护等也需要关注。对于光伏发电行业，技术迭代形成的激烈市场竞争环境要求企业不仅要全面提升管理能力，更要在技术革新上持续投入，加快N型技术、叠层技术、无主栅技术的快速发展，进一步提高光电转换效率，降低成本，并发展钙钛矿光伏发电、太空光伏发电和浮动式太阳能发电等新兴技术。