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何祚庥:新动力革新需要国家战略

编辑:何祚庥     文章来源:动力评论     浏览次数:944     发布时间:2014-01-03

对动力产业等事关国民经济命脉的基础产业,最重要的战略就是确定正确的技艺路线。虽然动力问题很容易被理解为产业政策问题,但从根本上看,关键还是在于技艺路线。只有坚持正确的技艺方向,再经过实施国家战略层面的革新工程增进科研,才能逐渐过渡到市场应用,鼓动经济社会持续健康发扬。

  动力界呼唤革新认识
  当前动力职业最大的问题就是习惯抄袭模仿,不肯突破,不敢革新。完成国家动力战略的重大突破,必须要勇于革新,简单的照抄没有希翼。对于国外已经处置的问题,大家抄一下还可以,但对很多全世界都没有处置的问题,比如节能减排、应对气候变化等,就没有了抄袭和模仿的或许,必须要立足国内实际情况实行科学技术革新。
  面对国际动力领域的革新,我国科学技术界的教训很深刻。美国人依靠页岩气走出了一条“动力独立”的道路,但是这几年我参与了无数次动力问题的探讨,大家的科学家就没有谁讲过页岩气重要,更不要说敢去攻关了。
  中国工程院院士顾国彪曾著文指出,科学技术界最不愿意革新,原因就在于革新要承担任,革新很累,革新很难,而且失败了以后还有人说三道四,甚至会说是浪费国家资产要追究仔肩等等,因此没人愿意干。当务之急是尽快形成激励革新、支撑革新的优良环境。
  动力革新是国家工程
  大的战略性问题,没有顶层设计根本不行。要占领新动力等战略性新兴产业的制高点,仅靠企业和科学家不行,必须依靠国家来鼓动。因为其影响的是全局性问题,所以需要从国家层面很好地规划设计。
  十八届三中全会公布的决议明确限定,国家要投入到重大的、前瞻性的战略性新兴产业,动力产业如果不动员国家力量,仅仅靠私人力量很容易出现少慢差费的问题。当年抓原子弹和氢弹,是毛主席、周总理亲自抓,当今要处置动力战略这类大问题,同样需要一把手亲自过问。
  因此,在动力发扬的模式、重大技艺问题上,应该成立真正权威的国家级太阳能科研院、风能科研院,由国家组合全国的科学技术力量实行攻关,把最优秀的人才集合起来研发可再生动力。没有国家规模的研发,无法想象我国能在世界新动力技艺的革新大战中取得胜利。
  在这方面完全可以借鉴美国的阅历,从克林顿时期的信息高速公路筹划,到小布什的氢经济战略,再到现在奥巴马的绿色新政,都极大鼓动了美国经济的发扬。这都表明,涉及国家未来的战略性新兴产业发扬,必须领导人亲自过问并应制定系统方案,集国家力量鼓动。
  发扬新动力需与抽蓄联动
  中国严重短缺的是化石动力,但可再生动力世界一流。中国水能资源有7亿千瓦,远远超过美国,占世界首位;中国的风能资源是全世界最丰富的,初步统计全国离地面50米高的三级以上的风能资源可开发量达到26亿千瓦。中国落地的太阳能每年达到1.7亿万吨准则煤,但利用还不到总量的十万分之一。
  从现实考虑,面对最为迫切的石油安全问题,需要拓宽思路、努力革新、开源节流,经过优化动力结构,大力发扬包括页岩气在内的天然气来替代煤炭和石油。因此,从产业链角度考虑,动力科学技术界当下应尽早展开革新性的“天然气加煤”的化工的技艺研发。
  长期来看,因为传统化石动力总有枯竭的时候,所以中国处置动力问题的唯一办法,就是大力发扬可再生动力,需要处置的问题就是风能太阳能等新动力存在的间歇性波动。这同样需要系统革新来处置,不仅要看到电能,还要看到热能。现在电网面临的突出困难,是夏季空调用电。处置这一题难的最佳方案,是迅速建立一个以太阳能为中心,以其他可再生动力为补充的专门调控高峰用电的网络,大幅度减少火力发电机组的投资,做到可再生动力和传统发电模式的双赢。
  从动力资源禀赋出发,因为中国有大量的山地丘陵地形和丰富的水能资源,适宜修建抽水蓄能电站。从最大限度地利用“有用”电能的角度来看,抽水蓄能电站应该与可再生动力配套,与风能、太阳能配套。因为可再生动力发电是直流不是交流,直流变交流后上网,要处置的技艺问题比较多,而且如果从直流电变交流电,包括逆变系统、上网加上线路损失,损失能量可达10%~15%。与抽水蓄能电站结合,可以幸免损失,省去上网的成本。这样的优势有两个:一是高峰用电的电价比较高。太阳能、风能的成本往往比较高,但是如果太阳能、风能能够跟抽水蓄能电站相结合,专门包管高峰用电的供应,从电力的调配上最为合理。二是可以充分发挥水能发电的最大优势——发动和关闭都比较容易,而火力发电、包括核发电,由于有“热惯性”,不容易做到。所以应强烈呼吁太阳能、风能和水能部门,特别是修建抽水蓄能电站部门实行战略协作。因为“太阳能+风能+抽水蓄能电站”一组合,“垃圾电”就变成了“优质电”。
  第三代光伏技艺:中国占领制高点
  发扬战略性新兴产业,有一个占领技艺制高点的问题,如果你占领的是低点,就肯定发扬不起来。在太阳能领域,第三代光伏发电技艺就是制高点,所以一定要高度重视,抓紧发扬。
  昔时在有关太阳能光伏电池的思维模式中,人们眼睛只看到半导体技艺的演进。但原有技艺已经发扬到了极限,要进一步提高光伏电池的单位面积发电量,于是人们从半导体技艺转向了现代光学,希翼经过跟踪、聚光的技艺,用成本较低廉的光学聚光元件,取代和减少使用成本更为昂贵的半导体材料。
  第三代光伏发电技艺就是在这一新思维模式下的革新发扬。这一技艺因为成本更低、转化率更高,可以比较容易地处置平价上网问题。聚光的意思就是不用单晶硅、多晶硅直接受光,而是用镜子、反射镜或者透射镜把光聚拢起来,聚到新一代光伏电池上面,使发电量增补。从原理上讲,聚光技艺比半导体技艺可以做到便宜得多。
  国际上有几家大的机构在科研第三代光伏发电技艺,走的是“跟踪+高倍聚光+高效砷化镓聚光电池”的技艺路线。虽然砷化镓的转化率非常高,能到40%多,但是砷化镓必须用高倍聚光才有经济效益,带来的散热和抗风困难很多。另外砷化镓的市场价格是多晶硅的两三百倍,而且原料比较少,如果规模生产的话,会面临原料供应的大问题。
  中国科学院科学家开发、科研的第三代光伏发电技艺,可以描述为“跟踪+低倍聚光+高效硅基聚光电池”。采用的硅基光电池技艺,实验用的N型晶体硅电池转化效率是22.5%,经过8倍聚光以后,光电转化率增补到24.5%~25.5%,实际产出的电量远远超过采用现有技艺路线的电池。低倍聚光的技艺线路符合中国实际,是很好的突破口,有着光明的前景。这项优势就在于,其不会完全破坏国内的单晶硅、多晶硅的生产体系,同时因为单位面积的发电量高,还可以节约大量的土地。
  这一技艺在我国已开始应用,在甘肃省武威地区建成的“4倍聚光+转盘式跟踪”的1兆瓦光伏电站,已经运转了几年。2018年9月,在内蒙古多伦地区建设示范电站,该电站的光伏系统每瓦峰值功率售价下降到了1.6万元/千瓦,已经接近《“十二五”太阳能光伏产业发扬规划》中提议的2018年光伏系统成本下降到1.5万元/千瓦的目标,按10年回收期计算的发电成本,可以下降到0.7元/千瓦时。
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