《百年大变局下的特高压——过去、现在、未来》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2021-03-31
  • 我国特高压在国际上“无标准、无经验、无设备”的情况下,成功实现从“白手起家”到“大国重器”,从“中国创造”到“中国引领”,从“装备中国”到“装备世界”。可以说,建设特高压电网,是我国电力发展史上最艰难、最具创新性、挑战性的重大成就,更是中国乃至世界电力行业发展的重要里程碑。
    在碳达峰、碳中和的大背景下,特高压电网已成为中国“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”的能源运输“主动脉”,破解了能源电力发展的深层次矛盾,实现了能源从就地平衡到大范围配置的根本性转变,有力推动了清洁低碳转型。
    截至2020年底,中国已建成“14交16直”在建“2交3直”共35个特高压工程,在运在建特高压线路总长度4.8万公里。
    “现在特高压干成功了,人们说我是‘特高压之父’,我认为应该是‘特高压之负’,胜负的负。这么多年,我因为坚持搞特高压,弄得自己伤痕累累,这些又能跟谁说呢。”国家电网公司原董事长、全球能源互联网发展合作组织主席刘振亚如此感慨。
    未来,以特高压为骨干网架建设全球能源互联网,将推动全球清洁能源基地开发、各洲各国电网互联,促进能源网、交通网、信息网“三网”融合发展,为破解资源紧张、环境污染、气候变化、贫困疾病等全球性挑战,实现人类社会可持续发展开辟新道路、作出新贡献。
    中巴车上“亮招”
    2004年底,掌舵国家电网公司两个月的刘振亚和时任国家发改委主要领导,一同参加三峡—广东直流输电工程验收总结会。疾驰的中巴车上,谈及中国缺电的现状,刘振亚深感忧虑,国内电力供应已“严重拖了经济发展的后腿”。
    大规模、长距离输煤一直是中国能源资源配置的主要方式,铁路新增运力的70%以上用于煤炭运输。本世纪初我国沿长江每30公里就有一座发电厂,长三角地区每年每平方公里二氧化硫排放量达到45吨,是全国平均水平的20倍。这和中国资源禀赋与负荷逆向分布密不可分。中国76%的煤炭、80%的风能、90%的太阳能分布在西部北部,80%的水能分布在西南部,70%以上的电力消费集中在东中部地区,能源富集地区距离东中部电力需求中心1000到4000公里左右。
    对于国家发改委主要领导关于解决方案的疑问,自称“电工班班长”的刘振亚亮出“高招”:建设“电力高速公路”——特高压电网,彻底扭转中国电力发展长期受制于煤炭运力的难题。
    特高压是指1000千伏交流和±800千伏及以上直流输电技术,具有输电距离远、容量大、效率高、损耗低、单位造价低、占地省等诸多优势,能够有效解决能源供应不安全、现有电网不安全、生态环境不安全等问题。
    如何从根本上解决化石能源资源有限与需求快速增长、煤电运紧张与能源资源配置能力不足、清洁能源发展与消纳困难等矛盾?
    刘振亚这样描述特高压思路的形成:“2000年以前我在山东工作,当时各个地方都是哪里缺电就在哪里建电厂,不重视电网,也很少考虑有没有煤、运力够不够。2000年以后来到北京,从更高层面再看我国能源资源、电力供需,才深刻认识到,就地平衡的电力发展方式,是造成我国煤电运长期紧张,周期性、季节性缺电的根源,要根本解决这一难题,必须发展输电容量更大、输电距离更远、更高电压等级的电网,提高电网‘运力’,有朝一日能在全国范围配置电力。”
    事实上,刚刚掌舵国家电网公司的刘振亚,在主持第一次党组会上就提出要发展特高压。会后,国家电网公司就发展特高压向国家递交了一份材料。中国特高压发展的大幕由此正式拉开。
    如果更早追溯,刘振亚的胸有成竹,源于早在他的研究生论文中就涉及了中国需要更高电压等级这一课题。
    在刘振亚脑海中酝酿多年的特高压输电这一“高招”,打动了大家,在当天三峡-广东直流输电工程验收总结会上,他们表示特高压输电是“解决能源问题很好的思路和办法”,应在“电力规划中加以研究和考虑”。
    2005年春节后,国家电网公司启动了可行性研究。2月16日,国家发改委发文(发改办能源【2005】282号)提出“启动我国百万伏级交流、正负80万伏级直流特高压输电技术前期研究工作”。3月21日,国务院领导主持会议,刘振亚作了汇报。这次会议纪要(国阅【2005】21号)明确同意发展特高压电网,并将特高压纳入国家重大装备规划。
    筹划多年,特高压建设按下了“加速键”。
    特高压“论战”
    就在发展特高压得到国务院领导认可后不久,一股反对声音也在萌生。
    2005年5月,一份题为《关于发展特高压电网存在的问题和建议》的报告,提交到国务院。提出现有的500千伏电网上面再搞一个1000千伏级电网,是否必要,是否安全。
    三天后,国务院要求国家发改委组织专家讨论。一场旷日持久的特高压“论战”由此展开。
    2005年6月21-23日,国家发改委在北戴河组织召开了特高压输电技术研讨会。会场摆的论证资料厚达半米,“200多人参加,既有电工专家,也有电力设备专家”。
    专家们提出的问题主要集中于四个方面:输煤输电比较、特高压经济性、安全性和电磁环境影响。
    事实上,与500千伏超高压交流输电相比,1000千伏特高压交流输电距离增加了2-3倍,输电容量提高了4-5倍,输电损耗仅为1/3,走廊宽度仅为1/3,单位造价只需70%。
    与±500千伏超高压直流输电相比,±800千伏、±1100千伏特高压直流输电距离分别增加了2-3倍、5-6倍,输电容量分别提高了2-3倍、4-5倍,输电损耗不到1/2、1/4,单位容量走廊宽度仅为65%、55%,单位造价只需65%、40%。
    与输煤相比,西部北部大型煤电基地的电力通过特高压输送到东中部负荷中心,到网电价比当地煤电标杆上网电价低0.06-0.13元/千瓦时。
    另外,特高压输电工程的电磁环境指标均符合国标要求,噪声明显低于500千伏输电工程。
    从2009年我国第一条特高压工程投运到现在,我国已经建成了30个特高压交直流工程,充分验证了特高压的安全性。在特高压电网的有力支撑下,我国电网是目前世界上唯一没有发生大面积停电事故的特大型电网。
    会上,大部分人都赞成搞特高压,即便一些人提出了需要改进或注意的问题,但大方向上也都赞成搞。国家电网公司呼吁“开展试验示范工程建设的条件已经具备,建议尽快批准试验示范工程”。
    2005年9月下旬,晋东南-南阳-荆门1000千伏交流特高压试验示范工程可行性报告顺利通过国家审批。
    北戴河会议后,特高压发展未能一帆风顺,一些机构和人员再次提出不同意见。
    2005年10月31日,国家发改委召开第二次论证会,并特意邀请反对特高压的人来参加。
    会议邀请了原电力部部长史大桢、原电力部副部长陆延昌等老领导,与会专家写了书面意见材料,并都签上了名字。
    两次会议过后,反对意见仍然集中在特高压的安全性、经济性、可靠性等问题,尤其是对交流特高压技术的应用以及由此出现的交流同步电网、大电网安全性等方面,还有不同意见。2006年春节后,一些人再次提出,慎重考虑发展特高压技术。
    特高压一度成了敏感话题,开始陷入“专家上书-国家电网公司汇报-政府论证-专家再上书-国家电网公司再汇报-政府再论证”的“怪圈”。
    后来,国家发改委原副主任、国家能源局原局长张国宝在《筚路蓝缕》一书中回忆:“由于有着过多的争议,延缓了特高压的建设。”“不要说刘振亚了,像我们这样的人都感到身心疲惫。其实争论不可怕,但只争论不拍板,这是有问题的。”
    2006年11月27日,国家电网公司举办了特高压输电技术国际研讨会。会上,时任国际大电网会议秘书长科瓦尔认为,发展特高压不存在技术可行性问题。对于是否发展特高压技术,当时意见已经比较一致。
    但在第一条特高压工程已经安全运行了5年多,后续多条特高压工程相继建成并安全运行的事实面前,仍然有人不断质疑。
    为此,2014年3月,全国政协组织了一次专题调研。5月15日,全国政协双周协商座谈会专题研究特高压发展有关重大问题。会上,国家电网公司就为什么要发展特高压技术、为什么要构建“三华”同步电网、为什么特高压电网要交直流协调发展等重大问题进行了全面系统汇报。这次会议对特高压发展有很大的推动作用,但原来反对的人仍然坚持反对。
    无论如何,全国政协座谈会、北戴河会议、发改委会议、特高压国际会议,在中国特高压发展史上,都是绕不过的思想论战。
    “思想解放”的困境
    特高压发展过程中,面对的最大难题首先是思想认识问题。
    中国电力行业,几十年来已经习惯了跟着欧美发达国家走,有些人首先思维上就有定式,认为外国人搞不成的中国人也搞不成。
    但好像无论特高压发展到什么程度,永远也叫不醒那些装睡的人。于是,在特高压发展不同阶段,总会出现不同声音。早期,有人提出我国不需要特高压,现有电压等级就能满足要求;之后,又提出特高压核心技术中国人解决不了、关键设备造不出来;工程建设阶段,提出电磁环境问题无法解决;工程投运后,提出设备不可靠、电网不安全不经济;多条工程安全稳定运行多年后,又提出不需要特高压交流、只需要特高压直流。争论层层加码。正如原电力部部长史大桢所说:“如果要抱着旧观点不放,谁也不会发展,我就希望有些人能够早一点醒过来就行。”
    2006年元旦前两天,特高压输电技术被正式列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》。但有人仍指出该规划纲要没有说电压等级,没有明确说是特高压。
    对此,张国宝回忆:“有人说《纲要》里没有说电压等级是多少,没有指出来特高压。后来我翻了一下,里边是写清楚了的,直流是±800千伏,交流是1000千伏。”“我认为发展特高压还是多数科技工作者的共识。”
    为了积极应对,国家电网公司曾多次到国务院汇报工作,写了多份汇报材料,说明电网电压等级、规模与安全性没有必然联系。保证电网安全关键是电网的结构和技术手段的先进性、适用性以及运行管理水平。
    为了全面了解特高压发展情况,国家电网公司先后组织专家多次赴日本、俄罗斯等国家实地考察。2005年,刘振亚在日本考察期间,甚至专门中途停车徒步上山,听特高压线路噪声。当年日本建设了特高压输电线路,但一直降压500千伏运行;特高压试验站三台试验用单相变压器,分别由日立、东芝、三菱制造,一直带电试运行。在俄罗斯考察时,看到前苏联时期研发的特高压开关断口多达12个(中国特高压开关断口一般是2个),又笨重又粗糙,这也是受当时的技术和材料所限。
    通过考察,国外特高压发展要么是尚处于研究阶段,要么是因为技术或经济的原因,没有商业运行。
    “当时看到日本和俄罗斯的特高压都不成功,我压力很大,但为了国家发展,面对再大的风险,也要把特高压搞成功。”多年以后,刘振亚用了“后怕”两个字来形容这段心路历程。
    思想解放的过程虽然艰辛,但不解放,就不可能推动特高压创新发展。平息争议最好的办法显然是用事实来证明。正如2015年原电力部部长史大桢所说,国内关于特高压的争论至今没有结束,但是这十几年取得的实际效果证明,即使有不同意见,特高压这条路坚决非走不可。
    征服电力“珠穆朗玛峰”
    特高压在中国属于“白手起家”。
    2004年以来,国家电网公司先后组织几十家科研机构和高校、200多家设备制造企业、500多家建设单位、几十万人参与了特高压基础研究、技术研发、设备研制、系统设计、试验验证、工程建设和调试运行等工作,攻克了310项关键技术,解决了过电压与绝缘配合、电磁环境控制、特高压交直流混合大电网安全控制等世界级难题。
    判断电网是否安全,世界各国都是以仿真计算作为评价依据。中国电科院建成了世界最先进的电力系统仿真平台,对包括220千伏到1000千伏电网、2258台发电机、35932条线路、11547个节点的超大型特高压交直流混合电力系统进行了全景仿真计算,模拟了10万多个故障条件和运行方式,充分验证特高压电网的安全可靠性。
    2010年,在“三华”电网争议沸点之时,国家能源委专家咨询委员会专门组织专家、院士到中国电科院调研。中国电科院通过仿真模拟计算和多方案比较,认为“三华”同步电网不是优和劣比选,而是电网发展的必然选择。
    特高压设备国产化,需要先进的试验条件。目前,中国建成了世界上电压等级最高、技术最先进、功能最完备的特高压试验研究体系,并依靠自主创新成功研制了世界上电压等级最高、容量最大的单体变压器、直流换流阀、换流变压器,开断能力最强的开关设备等21大类、百余项首台首套特高压关键设备实现国产化。
    “不逼上绝路,都不知道创新潜力有多大。”特高压的很多关键设备就是这么逼出来的。晶闸管是特高压直流输电的“CPU”,决定了特高压直流的输电能力。当时,有5英寸和6英寸两个方案。多数意见认为,“5英寸晶闸管技术成熟,国内能够生产,而6英寸晶闸管国内外均未生产使用过,靠国内自主研发很困难”“当时,我是坚持采用6英寸方案,国家电网公司内部有些同志其实也有畏难情绪,担心搞不成。但世界上哪有简简单单,就能实现的国际领先?”刘振亚在回忆这段经历时表示。
    现在来看,6英寸的方案选对了。6英寸晶闸管,将通流能力从5英寸晶闸管的3000安培,提高到6000安培以上。新疆准东-皖南±1100千伏特高压直流线路长度3324公里,输电容量达到1200万千瓦。未来,±1100千伏特高压直流输电距离可达6000公里、输电容量可达1500万千瓦。
    正是依靠创新精神,中国制定了全球首个具有完全自主知识产权的特高压技术标准体系,形成了特高压交直流工程从设计到制造、施工、调试、运行、维护的全套技术标准和规范。中国特高压交流电压成为国际标准。
    特高压的成功带动了我国电工装备制造产业全面升级,实现了我国特高压全面“走出去”。 2014年和2015年,国家电网公司先后中标巴西美丽山水电特高压直流送出一期和二期工程,目前两项工程均已建成并保持安全稳定运行。
    2008年路透社曾发文称,中国计划在2020年时建成一个特高压电网,这项计划“出其不意地抢在那些在升级老电网行动迟缓的西方国家的前头”。
    俄罗斯联邦电工研究院院长、俄罗斯科学院院士吉哈捷耶夫,在观看中国特高压的成果后两次流泪。虽然特高压在前苏联起步更早,但最终中国攀登上了世界电力技术的高峰,难免失落和遗憾。
    雾霾“催化剂”
    2011年,特高压建设真正驶上“快车道”与一场突如其来的雾霾密不可分。
    当时,国家发布报告称,东北、华北、西北“三北”地区风电并网装机容量和发电量均占全国85%以上,但弃风情况比较严重。2011年,“三北”地区弃风电量达123亿千瓦时,对应电费损失约66亿元。
    一面是突如其来的雾霾,一面是清洁能源严重浪费。
    但在2011年前后,新的特高压线路批复依然是个未知数。
    正是这段时间,有人提出,只需要发展特高压直流,不需要发展特高压交流,反对建设特高压交流“三华同步电网”。
    “交流、直流只是功能作用不同,就像男人和女人,只是性别不同,没有优劣之分。”刘振亚强调。事实上,无论国内还是国际,交流电网都是主体。特高压直流好比万吨巨轮,特高压交流电网好比深水港,发展万吨巨轮就必须建设深水港。如果只发展特高压直流、不发展交流,形成“强直弱交”结构,很容易因交流故障导致直流系统换相失败,甚至多条直流同时故障,导致发生大面积停电事故。
    2013年9月,国务院《大气污染防治行动计划》提出,力争实现京津冀、长三角、珠三角等区域煤炭消费总量负增长,逐步提高接受外输电比例。2014年2月12日国务院研究部署加强雾霾治理的常务会议上明确“实施跨区送电项目”。
    4月18日,新一届国家能源委员会首次会议明确提出,发展远距离大容量输电技术,开工建设一批特高压输电通道。5月,国家提出加快推进大气污染防治行动计划12条重点输电通道建设,国家电网公司负责11项输电工程建设,其中特高压工程8项,2017年12月25日全部投运。
    2018年新基建首次出现在中央经济工作会议上,特高压或许等来了春天。9月3日,国家能源局准备了一个特高压核准计划:12条特高压工程,合计输电能力5700万千瓦。
    可以预见,“一头连着西部清洁能源开发利用、一头连着东中部雾霾治理”的特高压电网必将会越来越得到重视。
    非技术因素的“怪圈”
    特高压和高铁、5G分别是我国能源、交通、信息通信三大基础产业重大技术创新典范。本世纪初,中国高铁和特高压几乎同时起步,2004年国家出台了“四纵四横”高铁规划,后来又规划了“八纵八横”。5G发展更是如火如荼。
    但与高铁和5G相比,特高压电网覆盖全国还有相当大的差距。发展了十几年,特高压电网“强直弱交”这柄“达摩克里斯之剑”一直悬在头上。
    刘振亚认为,有些特高压直流工程利用率低,要么是送端电源建设没跟上,没有那么多电可送,要么是受端特高压交流工程建设没跟上,电网消纳能力不足,接受不了那么多电力,最终造成特高压直流输电能力闲置和浪费。如果不发展交流电网,直流送电能力也会受限。
    从2009年到现在,华北、华中两大电网依然仅靠着一条特高压交流线路保持着弱联网,就像“大象走钢丝”。无奈之下,国家电网公司当年大规模建设抽水蓄能电站、调相机,提高电网的有功和无功调节能力,也可以视为一种确保安全的“自救”。
    特高压发展难,问题到底在哪里?
    是技术问题吗?张国宝在书中回忆:“国家电网公司坚持要建特高压交流线路,想把‘三华’(华东、华中、华北)电网联起来,而有人反对三华电网,应该是技术之争的问题掺进了非技术因素。”
    是体制问题吗?建国以来,铁道部一直是最稳定的部委之一,而电力是管理机构变革次数最多的行业,经历了燃料工业部、水利电力部、能源部、电力部、电监会、能源局等多次变革。1996年底,组建国家电力公司,2002年撤销后,组建了两家电网公司、五家发电集团以及规划设计、设备制造、工程建设等一批相关电力企业。山头林立,难免会有门户之见。
    特高压争论多年,随着技术问题一个个解决,反对意见最后都会归咎到改革上,这是近20年中国电力行业独有的一个“怪圈”。更有人认为,国家电网公司借发展特高压加强电网垄断,而发展特高压交流、搞同步电网,就是加强垄断的“罪证”。
    事实上,加强电网同步互联是保障大电网安全的有效手段。2012年7月30日和31日,印度连续发生大面积停电,波及超过6亿人。从事故分析,当时印度电网网架以400千伏为主,尚未形成全国同步联网,五大区域电网之间联系薄弱,电力供应和事故支援能力严重不足。
    事故发生后,印度加强全国联网和电网统一管理,2013 年建成了765千伏的全国交流同步电网,电力供应能力显著提升,此后再未发生大面积停电。
    与我国“三华”电网相比,印度电网供电范围是“三华”电网的1.2倍,供电人口数量和密度分别是1.7倍和1.3倍。印度早在八年前就实现了全国交流联网,而我国“三华”电网建设仍在反复争议中。
    2018年9月,由南方电网公司专家牵头组织了一份《我国未来电网格局研究(2020年)咨询意见》报告。有业内人士分析称:“报告中说‘特高压交流一般不作为输电工程使用’‘不建议建设特高压交流同步电网’。为何会得出特高压交流既不适合输电也不适合联网的结论?背后的缘由,颇耐人寻味。”
    由于体制原因,技术似乎也会有门户之争。来看一组数据:南方电网公司先后建成了4条±800千伏特高压直流线路,有3条采用5英寸晶闸管,输电容量都是500万千瓦。国家电网公司第一条±800千伏特高压直流输电容量640万千瓦、第二条720万千瓦、后来又提高到800万千瓦、再到1000万千瓦。同样是±800千伏特高压直流,输电能力相差了一倍。
    未来,特高压路在何方?新时代又将赋予特高压什么样的历史使命?这些问题值得我们理性思考。
    碳中和“风口”
    是一种巧合,也或是一种注定。
    2020年9月22日,我国在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布碳达峰、碳中和目标迅速引发全球热议。就在同一天,全球能源互联网发展合作组织举办破解气候环境危机国际论坛,正式发布《破解危机》和《可持续发展之路》两项成果。半年之后的2021年3月18日,合作组织又发布了中国2030年前碳达峰、2060年前碳中和、2030年中国能源电力发展规划和2060年展望等研究成果,提出了中国碳达峰、碳中和路线图。
    中国特高压发展的成功,已经为构建全球能源互联网铺平了道路。全球能源互联网是以特高压为骨干网架,在全球范围配置能源、推动实施“两个替代”(能源开发实施清洁替代、能源使用实施电能替代)的平台,是以新能源为主体的新型电力系统,最终形成清洁主导、电为中心、绿色低碳、经济高效的现代能源体系。
    联合国秘书长古特雷斯曾表示,中国特高压技术对可再生能源发展至关重要,全球能源互联网是实现人类可持续发展的核心和全球包容性增长的关键。
    诺贝尔物理学奖获得者、美国能源部原部长朱棣文认为,中国挑战美国创新领导地位并快速发展的相关领域就包括特高压交、直流输电。
    “如果没有宽带技术,世界能成为‘地球村’吗?”刘振亚曾这样比喻,“可持续发展的核心是清洁发展,实现清洁发展就要大规模开发清洁能源,清洁能源变为电力输送就离不开特高压。如果没有特高压技术,全球能源互联网是想都不敢想,现在这是实实在在可操作的。”
    随着时代发展,特高压不仅是新的输电技术,更是新的资源配置平台、新的低碳发展道路。肩负着能源转型和永续供给、清洁低碳和绿色发展、创新驱动和民族复兴、可持续发展和人类命运共同体建设等多重使命。
    回顾过去,特高压推动了我国电力革命,实现了能源电力发展方式的重大转变。立足现在,我国特高压电网全面建设,积极推动世界能源电力变革转型。展望未来,以特高压电网为核心,加快构建我国和全球能源互联网,促进“三网”(能源、交通、信息)融合发展,将为实现碳达峰、碳中和目标,推动人类社会可持续发展发挥更大作用。

  • 原文来源:http://www.cnenergynews.cn/guonei/2021/03/31/detail_2021033194574.html
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    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-10-10
    • 2022年,对整个世界来说,是一个充满挑战的年头。新冠疫情尚未完全结束,俄乌危机又接踵而来,在这个复杂动荡的国际局势中,全球各国对能源安全的需求与日俱增。 为了应对未来日益增长的能源缺口,光伏行业引来了爆发式的增长,同时,各家企业也在积极推进新一代光伏电池技术,以抢占市场高地。 本文将复盘电池技术的发展历程,分析两条主要技术路线的优缺点,以及主流光伏公司在未来电池片迭代中的路线选择。 01 光伏发电逻辑与技术迭代 在分析电池片技术迭代路线之前,我们需要先了解光伏发电的原理。 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,其主要原理则是半导体的光电效应:光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 光子照射到金属上,能量可以被金属中某个电子全部吸收,这个电子便可以从金属表面逃逸,成为光电子。硅原子有4个外层电子,如果在硅材料中掺入有5个外层电子的磷原子,便可以形成N型硅片;如果在硅材料中掺入有3个外层电子的硼原子,便可以形成P型硅片。” 而P型电池片与N型电池片分别由P型硅片与N型硅片通过不同的技术制备而成。 效率提升是光伏电池发展永恒不变的主题。 在这条技术升级路上,“降本”与“增效”并行不怠。 2015年之前,铝背场(BSF)电池片占据了几乎整个市场。 铝背场电池是最传统的电池路线:在晶硅光伏电池P-N结制备完成后,通过在硅片的背光面沉积一层铝膜,制备P+层,从而形成铝背场,形成了高低结电场,提高了开路电压。 但铝背场电池的耐辐照性能较差,同时其极限转化效率只有20%,实际转化率更低,虽然近年来产业内对BSF电池进行了工艺上的改进,但因其先天局限性,改进幅度并不大,这也成为了它注定要被取代的原因。 2015年之后,Perc电池片市占率快速提升。 Perc电池片是从常规铝背场电池片升级而来,通过在电池背面附上介质钝化层,成功减少了光电损失,提高转化效率。 2015年,是光伏电池技术变革的元年,在这一年,Perc技术完成了商业化,电池量产效率首次超过铝背场电池20%的极限转化效率,正式进入量产阶段。 转化效率代表着更高的经济效益。Perc电池片在量产后市占率快速提升,进入高速成长阶段,市占率则由2016年的10.0%爬升至2021年的91.2%。目前已经成为市场主流的电池片制备技术。 在转化效率方面,2021年规模化生产的Perc电池平均转换效率达到了23.1%,较2020年提高了0.3%。最高转化效率则是由隆基绿能在2019年1月创造,最高效率达 24.06%(CPVT认证)。 从理论极限效率来看,据德国哈梅林太阳能研究所测算,P型单晶硅Perc电池理论极限效率为24.5%,目前已十分逼近理论极限效率,未来提升空间有限。 但目前Perc是最主流的电池片技术,据CPIA预计,到2022年PERC电池量产效率将达23.3%,产能占比将超过80%,市场份额仍将稳居第一。 当前N型电池转化效率优势明显,将成为下一代主流方向。 前面已经介绍过N型电池片的工作原理,两种电池的理论依据没有本质上的差异,但由于扩散B元素和P元素在世纪工艺上存在着差异,导致二者在工业生产中面临不同的挑战和发展前景。 P型电池的制备工艺相对简单,成本较低,但在转化效率上却与N型电池有一定差距,而N型电池的工艺较为复杂,但具有转换效率高、无光衰、弱光效应好等优点。 N型电池中,实现小规模量产的电池片技术路线主要包括TOPCon、HJT和IBC三种,其中由以TOPCon与HJT两条路线为主导,现处于大规模商业化的前期阶段。根据CPIA预测,2030年,N型电池的市占率或将达到56%左右,前景十分广阔。 在转换效率上,HJT和TOPCon极限效率分别为27.5%、28.7%,两者不相上下,但都超过了P型电池的极限效率,未来HJT叠加IBC和钙钛矿,可将转换效率进一步提升至30%。远超P型电池的转化效率意味着更高的经济效应。 在成本上,N型P型硅片的成本差距在逐步缩小。以中环210尺寸150μm厚硅片为例,N型硅片较P型硅片溢价率约为6%,较过去有大幅下降。HJT电池的低温加工工艺更适合薄片化工艺,可进一步降低N型硅片的成本溢价。 随着光伏设备和材料的国产化日趋成熟,对于更高效电池的追求成为市场的选择,N型电池提效降本空间更大的优势便体现了出来,2021年也成为了N型电池加速量产的关键时点。 02 TOPCon vs HJT,谁抢技术先机? 尽管N型电池有多种,但目前得到大多数公司青睐,有望商业化普及的只有两条路线。一路是以TOPCon为代表的延续性创新技术,工艺与P型电池时代的Perc技术一脉相传;另一路则是以HJT为代表的颠覆性创新技术,其工艺更加简单,未来提效空间大,但并不与Perc产线互通。 目前已经来到了技术迭代的时间点,开始了实战的对垒阶段,两种技术各有优劣,在性价比、工艺难度、转换效率、未来发展等角度均有所不同。 第一:TOPCon当前更具性价比,HJT长期降本空间大。 TOPCon相比Perc工艺流程只增加2-3步,在Perc工艺技术的基础上,只需对原有扩散炉和PECVD进行改造,或者购置LPCVD,即可完成产线升级。 而HJT则与现有的Perc产线不兼容,需要重置设备,加之HJT双面都需要使用电阻率较高的低温银浆,耗材成本更高,在转换效率没有明显差距的情况下,TOPCon更具性价比。 但是,未来伴随着工艺的进一步成熟,下游需求增加,可通过增大产量来降低成本,同时,设备国产化、硅片薄片化、金属化也在加速的路上,预计2023年HJT与其他电池成本差距将大幅收窄。 第二:TOPCon转换效率居于榜首,HJT转换效率提升空间大。 从理论极限效率来看,根据权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测算,TOPCon电池的理论极限效率达到 28.7%,高于HJT的27.5%,在当前实际的生产中,TOPCon转化效率也确实优于HJT。 但HJT未来转换效率提升空间更大。HJT电池可以采用叠加IBC和钙钛矿等技术,进一步提高转换效率,最高有望提升至30%以上。 第三:TOPCon制造工艺繁杂,HJT工艺流程极短。 TOPCon的氧化层钝化接触制备有超过三种不同的细分工艺路线,不同厂商制备流程不统一,且总工序约为12-13步,所需的设备数量、人力资源、车间面积都将高于传统的PERC电池。 此外,TOPCon的硼扩散难度较高,所需温度超过900℃,且硼在硅中的固溶度低,导致难以得到高浓度发射区,但若硼浓度太高,则会导致硼原子不激活,产生死层。 相比之下,HJT只需4道核心工序——绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜沉积、电极金属化,相较于TOPCon来说所需设备较少,工艺相对简单,可以快速提高产品良率。 第四:TOPCon拥有现在,HJT掌握未来。 从短期来看TOPCon经济效应更高,可直接由Perc产线改造升级而成,并且当下的转换效率更高。 从中长期来看,HJT是业内相对更认可的技术路线,伴随着降本增效的推进,未来HJT将会更加受到青睐。 03 不同企业选择不同 在光伏电池处于技术迭代的关键时点,各电池设备企业站在了自身生产的角度,在转换效率和成本间做出平衡,以最大化设备的性价比。 而不同的企业又有着各自特有的情况,也导致他们选择了不同的技术路线。 不同公司,押宝不同技术。 TOPCon产线可由Perc产线直接改进而来,对于那些有着大量Perc产线的企业有着巨大的吸引力。晶科能源、钧达股份等公司便选择了TOPCon,除转换成本低之外,他们还看上了当前效率高,放量早的优点。 据统计,截至2022年6月15日,国内已建成的TOPCon产能为30.55GW,在建/待建产能为178.8GW。在建产能中,预计有62.30GW产能将在年内投产。 HJT产线因其代表着未来技术方向,并需要重新购置成本,受到了“新晋玩家”的喜爱。HJT则主要是东方 日升、爱康科技、迈为股份等公司在主导。 东方 日升证券部人员对我们表示,“毋庸置疑我们选择了HJT技术,我们的方向是降低HJT的成本,目前通过设备国产化、硅片轻薄化,降本已经卓有成效,在投资产出期间,我们认为HJT路线也是比较合适的,我们看好HJT技术的未来,预计明年将会有量产”。 据不完全统计,虽然目前国内HJT的投产产能仅为 8.1GW,且多数为中试线。但因其降本路线清晰,未来潜能较大,国内已规划产能达到了162.7GW。 除TOPCon与HJT技术路线外,也有公司另辟蹊径,走出了自己的道路。 在两种技术方向的争执中,爱旭股份显得格格不入。在大多数企业选择从TOPCon、HJT技术入手,而爱旭却直奔IBC技术路线,并以此为基础推出N型ABC自有专利技术电池。 在与爱旭股份人员交流中,其表示即将实现ABC电池片的量产,“我们曾做过HJT与TOPCon的研究,但我们认为ABC是更好的选择。ABC的转化效率高,已达25.5%,并且采用了非银工艺,成本预计可以与Perc打平”。 龙头企业多管齐下。 在技术迭代的岔路口,错误的抉择可能将公司推向万劫不复。底蕴深厚的行业龙头们自然不能选择某种技术ALL IN。 在与隆基绿能的内部人员交流中,对方表示两种技术在不同的阶段都有优势,目前TOPCon技术商业化更加成熟,而HJT当下成本过高,所以已经开始推进TOPCon产线的落地。 但TOPCon产线的落地并不意味着放弃HJT,由于HJT长期降本空间较大,公司仍然在实验室进行HJT的研发,后续还需要看设备投资与低温银浆成本下降幅度。 “技术的进步是很难被人为精准判断的,还是要看实验室中研究推进的情况如何”,隆基绿能内部人员认为。 无独有偶,晶澳科技证券部人员也对我们表示,“目前TOPCon量产后转化效率较高,而HJT则并没有达到预期的转化效率,从性价比的角度来看,对于我们公司来说HJT不具备大规模量产的条件”。 不过对方还表示,晶澳不会选择“一条腿”走路,目前仍在加速推进HJT的研究,如果出现了新的突破或成本快速下降,完全可以在短期内开始HJT产线的建设,第一时间投入量产。 总的来说,光伏电池片技术迭代加速的当下,TOPCon和HJT仍将并行发展,并不存在谁更优秀的情况。但就现阶段量产的进度来看,TOPCon有望率先打开市场,但最终谁主沉浮还需假以时日。 04 写在最后 “降本”与“增效”作为光伏电池片迭代的主旋律,穿插在了整个发展史中。 2022年,光伏N型电池的“大幕”已经拉开,光伏片企业又站上了技术升级的风口,选择也摆在了公司的面前——当下性价比高的TOPCon?未来前景明朗的HJT?更加先进的HBC技术?亦或是多管齐下,同时推进?赛道内企业的一举一动,都会引来产业界、资本市场的关注。 TOPCon和HJT的量产竞争可能才刚刚开始,未来仍将并行发展,短期内也不存在谁绝对占优的情况,鹿死谁手犹未可知。亦或两者共存,你追我赶,共同推进行业的进步。
  • 《汽车大变局:政策和新技术推动行业洗牌》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:wukan
    • 发布时间:2018-06-02
    •   5 月 31 日, 2018 中国汽车新创峰会在北京隆重举办。本次活动以“聚势·谋动”为主题,由南方财经全媒体集团指导, 21 世纪经济报道主办,中国汽车三十人智库提供智库支持,罗兰贝格担任智慧支持机构,博世特别支持。   参加峰会的行业专家、多家汽车链条企业的高管集中讨论了面对日益变化的消费者需求与高速发展的技术,汽车行业的四大趋势,出行服务、自动驾驶、数字化与电气化将推动的颠覆性变革。   “汽车行业绝对不是升级,而是转移,新四化出现不只局限在传统汽车技术上了,而是新生态和共享化,可以说产业革命到了一个新的时代。”中国汽车工程学会名誉理事长付于武在“ 2018 中国汽车新创峰会”上说。   其中,新型出行商业模式将颠覆汽车所有权、个人出行与货运物流;在数字化领域,互联技术正在成为主流应用,人工智能也将为汽车行业的发展提供无限可能;受监管压力与技术加速影响,整车厂电气化势头强劲。   “传统车企围绕新技术做一些调整也不是很困难,但新势力企业里面跑出个两三家来,也完全不是问题,但竞争肯定非常剧烈。”罗兰贝格与 21 世纪经济报道联合发布的《新趋势下的车企未来竞争力报告》(以下简称《报告》)中,罗兰贝格全球 合伙人兼大中华区副总裁 郑贇说。   电动化带动的技术变革   根据自身优势定位的差异,不同类型整车厂对于 MADE (移动出行、自动驾驶、车网互联、新能源)的切入策略不同,领先整车厂依托传统优势,而新兴企业则利用新技术布局。   具体而言,国际领先整车厂在传统技术上优势明显,并且拥有强大的品牌力,其共享出行依托品牌背书崛起迅速,而在其他新技术上,则通过与优势供应商结盟;国内整车厂受到国家推广政策的支持,在电动车技术与资金上拥有较大优势,因此在电动车开发上,其自有实力较强也起步较早;新兴造车企业在新技术获取与获客能力上优于传统整车厂,利用自动驾驶、新能源与车网互联等新领域的布局快速切入市场获取客户。   据《报告》预计,中国新能源汽车市场将大幅增长,到 2025 年若双积分达标,纯电动与插电式混合动力汽车将分别占比 13% 与 4% 。   “后补贴时代,车企要降低汽车的购车成本;营造更好的消费和使用环境,这样才能保证不出现断崖式下跌。”北京新能源汽车股份有限公司党委书记、总经理郑刚说。 ( 北京新能源汽车股份有限公司党委书记、总经理郑刚 )   新能源整车厂分为五类,根据自身不同竞争优势,切入各自细分市场:包含专注 ICE 的豪华品牌、插电混动切入的国际品牌和国产品牌、切入纯电动车型的国产车企以及全新的进入者。   在新能源产业布局上,国内整车厂优势明显,自主研发实力强,而国外整车厂则通过合作或外采实现布局。此外,传统合资整车厂更多关注本土化车型的 PHEV ,汽车行业的新进入者更多关注纯电动汽车。   根据 2018 中国汽车新创峰会发布的信息,本土传统整车厂均从中低端车型切入新能源市场,打造全新新能源平台,并逐步向高端市场渗透;新进新能源车企主要以纯电动车为主,多数产品主要的投产时间集中在 2017 至 2018 年。   “我们国家的技术,核心技术和国际品牌差距仍旧很大,比如自动变速器,未来成长还有很大挑战。包括整车智能化,积极态度也超出想象,但基础、底层的技术缺失,应该引起高度重视。”付于武说。   目前,主流新兴造车企业均以 SUV 产品切入市场,产品各有侧重,并定位于不同消费群体。从产品技术角度来看,新兴势力也积极布局,努力在自动驾驶、车联网和新能源方面寻求突破。   总体而言,在创新方面,新势力车企将商业模式创新的关注点放在了用户体验和销售渠道创新上,着重对用户服务、智能互联服务、电池、充电服务等。   “对新创车企来说,产业政策、四化等新技术的变化,才能给我们带来机会,我们更希望它变。”威马汽车创始人沈晖说。   对立还是融合?   优秀的互联网企业跨界进入汽车行业,深度参与汽车产业链条的各个环节。互联网企业和传统车企、互联网业和汽车业,出现了深度融合。与此同时,汽车的智能化技术以及汽车共享新业态的快速进化,正在大幅度地改变人类的生活方式。   回顾新旧阵营的对立与融合不难发现, 2014 年以前,传统车企对新势力造车不以为意,新势力造车企业试图“颠覆”传统车企,双方合作意识薄弱;而两年以前,造车新势力企业意识到传统车企深厚积淀,希望借助传统车企在制造、供应链、品牌的领先优势。   从去年开始,传统车企对逐步壮大的新势力企业新技术与服务优势有明确认识,双方开始展开战略与资本合作;预计从 2024 年 开始,双方合作模式进一步加深,逐步出现新旧势力间的并购与行业整合。   对于传统车企而言,传统整车厂可以在生产资质与生产工艺、整车研发能力,销售和售后服务渠道方面给予新势力造车企业帮助。只不过,在智能网联技术上,传统车企即便有一定的积累,但同样缺乏互联网基因;销售环节模态偏传统、需创新销售方式与获客渠道;在结合线上平台的售后与出行服务运营上,缺乏经验。   而造车新势力缺乏生产资质、短期内无法建立工厂与量产产能,且需大量前期资金投入;缺乏供应链资源、需要相关政府资源支持。   合众新能源汽车总裁张勇认为,新创车企有三个挑战:技术、成本和供应链与人才资源。面对全新变化的市场环境及新的竞争形态,大众汽车集团(中国)执行副总裁张绥新表示,大众汽车对未来充满信心,将采取积极乐观的态度及举措,适应更多更新的挑战。目前,大众集团正在中国不断拓展新领域的合作伙伴关系。 长安新能源汽车事业部副总经理营销总经理夏立军 指出 , 4+2 技术的 深度融合将创造巨大的产业想象空间。   2018 中国汽车新创峰会后,“中国汽车「金引擎」奖之 2017 中国汽车年度人物 & 年度企业评选”各大奖项也在本次大会上揭晓并举行了颁奖典礼。 ( 2017 中国汽车年度人物颁奖 环节) ( 2017 中国汽车年度企业 颁奖环节)   二十一世纪传媒自 2010 年便启动了中国汽车「金引擎」促进计划,推出中国汽车「金引擎」奖评选,开展中国汽车市场调研活动,致力于促进整个汽车产业链条资源的有效整合与利用,勾勒出中国汽车业发展的代表性方向,借此推动中国汽车业升级和转型的发展进程,与业界同仁共同推动和塑造更好的汽车生态圈。   附 “ 2017 中国汽车年度人物 & 年度企业获奖 榜单 ”   年度人物   1 、 China Automotive Person of the Year 2017   2017 中国汽车年度人物   中国第一汽车集团有限公司董事长 徐留平   2017 年 8 月,从重庆北上之后,徐留平对一汽集团进行了一系列分解、重组、优化的大动作,独立红旗品牌、设立奔腾事业部、拆分一汽技术中心等。徐留平深知一汽集团症结所在,提出 “ 全体起立,竞争上岗 ” 的回炉式竞聘方案;他还将业务板块分为责、权、利、产、供、销一条龙 ……大刀阔斧的改革显示出其强大的决心与魄力。      2 、 China Automotive Management Person of the Year 2017   2017 中国汽车管理人物   北京新能源汽车股份有限公司党委书记、总经理 郑刚   2017年,在郑刚带领下的北汽新能源,纯电动领跑者的姿态越发明显。北汽新能源 2017 年销量为 103199 辆,同比增长 98% ,进入年产销超过 10 万辆纯电动车企 “ 俱乐部 ” 。目前,北汽新能源已经在推动以充换电为基础的 “ 擎天柱计划 ” ,招纳全球新能源技术人才,成立世界级科技创新中心 “ 国创中心 ” ,并有望成为新能源汽车独角兽企业中行业第一股。      3 、 China Automotive Cross-over Person of the Year 2017   2017 中国汽车跨界人物   零跑汽车创始人兼董事长 朱江明   他是大华科技股份有限公司创始人和工程师,也是零跑汽车创始人、董事长。朱江明认为, IT人造汽车比传统汽车人、互联网人更有优势。正是由于大华天然IT基因和零跑造车的认真态度,成立35个月的零跑,已经自主研发出三大整车平台及配套“三电”系统、智能网联系统、自动驾驶系统。在他主导下,零跑正在和大华联合研发AI自动驾驶芯片,以实现对自动驾驶技术的自主化全覆盖。      4、 China Automotive Innovative Person of the Year 2017   2017 中国汽车新创人物   威马汽车创始人、董事长兼 CEO 沈晖   沈晖本人曾任沃尔沃中国区董事长,是名符其实的汽车行业资深管理者,在其带领下,威马汽车本身无论是融资还是产品进度都令人瞩目。 2017 年,威马新能源汽车智能产业园正式落成,今年 3 月,首批威马旗下 EX5 量产车正式试装下线,这是国内新造车企业中首家自主建成投产的智能化整车工厂,也意味着威马汽车率先拉开了产品量产化的序幕。      5 、 China Automotive Public Relations Person of the Year 2017   2017中国汽车传播人物   华晨宝马公共关系及企业社会责任副总裁 杨美虹   作为中国汽车公关领域最有名气的女高管之一,杨美虹以其丰富的从业经验和良好的业绩赢得业界一致认可。 2017年,华晨宝马投放了以第三代BMW 5系Li为代表的多款重磅车型。新大东工厂(扩建)正式揭幕,将“工业4.0”科技应用和“中国制造2025”相结合。杨美虹带领的华晨宝马公关团队,将华晨宝马优秀的产品和创新的生产技术完美展现于公众面前,令人印象深刻。         年度 企业   1、 The Best Automobile Company in China of the Year 2017   2017中国年度汽车企业   浙江吉利控股集团有限公司   吉利汽车 2017 年销量同比增长率高达 63% , 全年销售 124.7 万辆 , 成为 2017 年销量最高的自主品牌车企。在 2017 年,吉利坚持轿车与 SUV 双轮驱动、均衡发展,同时 ,推出领克、并购宝腾、莲花等动作频频,综合表现优异。      2 、 The Best Auto Parts Supplier in China of the Year 2017   2017 中国最佳汽车(配套)企业   博世(中国)投资有限公司   2017 年,博世汽车与智能交通技术业务在华销售额高达 829 亿人民币,同比增长达 25% 。凭借一系列针对本土市场量身定制的解决方案,以及商用车和新能源车领域不断攀升的市场需求,博世再次取得远高于国内汽车产销量的平均增速。此外,博世驾驶员辅助系统业务的在华发展也尤为强劲,不断助力自动驾驶技术在中国的落地。      3 、 The Most Innovative Automobile Company in China of the Year 2017   2017 中国最佳新创汽车企业   小鹏汽车   从 2014年成立至今,小鹏汽车已经获得多轮融资。2017年12月,小鹏结束3轮A+轮融资,并在2018年初宣布获得B轮融资22亿人民币。今年1月,CES国际电子消费展,小鹏汽车G3全球首发亮相,并将于今年年内上市并完成交付。 小鹏汽车成为第一批能量产汽车的新创车企,在技术创新和具备量产条件两者的结合上,表现突出。      4 、 The Best New Energy Automobile Company in China of the Year 2017   2017 中国最佳新能源汽车企业   比亚迪股份有限公司   比亚迪是全球新能源汽车销量最大的车企, 2017 年比亚迪新能源汽车销量为 11 万辆,同比增长超过 15% ,实现收入约 390.60 亿元,同比增长 12.83% ,占集团收入比例提升至 36.88% 。比亚迪在新能源汽车、光伏、云轨、储能等等产业上的布局,远超出一家汽车企业在环保领域的贡献。      5 、 The Best Joint Venture Automotive Company in China of the Year 2017   2017中国最佳合资汽车企业   一汽 -大众汽车有限公司   一汽 - 大众在 2017 年交出了一份漂亮的成绩单。 2017 年一汽 - 大众实现了累计生产整车 1500 万辆、年产整车突破 198 万辆 ; 在轿车市场覆盖份额下滑的情况下,实现终端销量突破 200 万辆新跨越,同比增长 5.0% ,超额完成全年销量目标。      6、 The Best Self-Owned Brand Automobile Company in China of the Year 2017   2017中国最佳自主品牌企业   广州汽车集团乘用车有限公司   后起之秀传祺品牌,快速进入主流汽车企业行列。 2017 年广汽乘用车累计销售新车为 508586 辆,同比增长 36.70% ,超额完成 2017 年年初制定的 50 万销售目标,远超 2016年的37.2万辆。其中,广汽传祺GS4、GS8等产品“疯狂热销”,表现突出。      7、 The Best Brand Value Automobile Company in China of the Year 2017   2017 中国最具品牌价值汽车企业   重庆长安汽车股份有限公司   长安汽车特别注重品牌层面的升级,积极推动从经营产品向经营品牌转型,经历了多轮的品牌架构调整,在品牌向上的总体战略下不断优化现有品牌架构,形成长安乘用车、新建中高端乘用车、欧尚汽车、凯程汽车四大品牌,满足不同消费需求层级客户。目前,长安汽车已经拥有全新的品牌架构。      8 、 The Best Internet Innovation Automobile Company in China of the Year 2017   2017中国最具互联网创新汽车企业   上汽大通汽车有限公司   上汽大通率先试水 C2B 造车模式,拉起汽车大规模智能化定制的序幕。 2017 年 8 月,上汽大通推出了国内首款 C2B 智能定制化全尺寸 SUV D90 ,其在产品定义、开发、验证、选配、定价、改进等各个环节,都由用户全程参与。基于 C2B 模式, D90加权平均售价已超过20万元,在众多中国汽车品牌正在冲击20万元天花板时,上汽大通已经率先抵达了这一目的地。      9 、 The Most Progressive Automobile Company in China of the Year 2017   2017中国最具成长性汽车企业   广汽本田汽车有限公司   2017 年广汽本田总销量达到 730,633 辆,远超年初设定的 69 万辆目标,创历史新纪录;同比增长 10.8% ,大幅度领先行业整体增速。其中,广汽 Honda 品牌全年销量为 714,282 辆,同比增长 9.6% ;广汽 Acura 品牌全年销量为 16,351 辆,同比增长 101% 。