世界可再生能源发展动向

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1　世界可再生能源发展总体态势
    当前，世界可再生能源的发展呈现出如下特点：
    1.1　应用规模继续扩大，成本不断下降
   可再生能源总体市场规模在扩大，尤其是光伏发电，继续保持自2000年以来年增长率超过60%的势头，发电系统成本也有所下降。随着风力发电技术的不断进步，市场也在稳步增长，2005年新增装机在800万kW左右，基本继续保持2004年新增装机水平，风电成本也已经下降到5美分／kwh左右。太阳能和地热能在建筑领域的应用，及生物质发电和液体燃料技术的应用等也在稳步上升。除了风能、光伏发电、生物质发电和生物液体燃料外，随着国际发展可再生能源的环境氛围越来越浓，一些自20世纪90年代以来发展缓慢甚至停滞的可再生能源技术，也在部分国家和地区开始重新得到重视和发展，如太阳能热发电、地热发电和海洋能发电技术等。作为新能源领域的前沿技术，氢能和燃料电池在最近几年也是国际能源领域关注的热点。
' a2 o; x6 R. w" l3 f! M    1.2　可再生能源的发展得到各国政府和民众的重视和支持，各国纷纷出台或修订政策和法规，鼓励可再生能源发展
    世界上许多国家都把发展可再生能源作为实现可持续发展的重要选择加以重视。2005年2月，《京都议定书》正式生效，成为各国，　　尤其是欧洲发展可再生能源新的动力之一。欧洲一些国家，如西班牙、爱尔兰等国家修订了可再生能源政策法规。美国在2005年8月出台的新的能源法案中也更新了支持可再生能源和氢能发展的内容。到2005年9月，全球有34个发达国家和14个发展中国家相继出台了不同形式的促进可再生能源发展的政策，其中有32个国家实施了可再生能源发电固定电价政策，即以高于常规化石能源发电的价格收购可再生能源电力。6个国家和26个联邦省、州实施了可再生能源配额制度。绿电制度在欧洲一些国家以及美国、澳大利亚、加拿大和日本的部分省、州实施成功，到2005年已经有约500万绿电用户。同时，全球已有35个发达国家和100个发展中国家制定了全国性的可再生能源的发展目标。2005年，我国在可再生能源法规政策建设上也取得了重大进展，同年2月出台了《可再生能源法》，2006年1月1日法律施行后，成为实施可再生能源发电固定电价政策的第6个发展中国家。在2005年11月又组织召开了有全球80多个国家参加的“2005国际可再生能源大会”，会上提出了促进全球可再生能源发展行动的《北京宣言》，我国在发展可再生能源方面的行动为世界瞩目。
! S6 {- O" n) [4 j- G     1.3　可再生能源已经成为能源领域的投资热点
    在各国强有力的政策支持下，可再生能源在能源领域投资增长速度最快。初步统计，2005年全球在可再生能源发电领域的投资达到了300亿美元以上，为常规能源电力投资的1／5。国际大的商业银行也开始关注可再生能源，部分商业银行已经将可再生能源作为新的主要能源投资方向。此外，国际大的传统能源公司和机械制造公司，近几年都有大手笔的投资和采购活动，快速介入到可再生能源领域，并进入行业的领先行列，如通用、西门子介入风电设备制造和风场开发，夏普、三洋、壳牌和英国石油介入光伏电池制造等。可再生能源已经成为能源领域的投资热点。
    2　世界可再生能源技术研究新进展
    2.1　大型并网风电技术日新月异
    大型并网风电技术是近几年技术进步最快的可再生能源技术。风机的单机规模不断增大，利用效率提高，世界上风机主流机型已经从2000年的500—1000kW增力口到2004年的2—
3MW，2004年直驱的4.5MW的风机进入试运行阶段，2006年5MW机组已经在海上试运行，并开始10MW风机的设计。2005年底，全球并网风电装机容量达到5900万kW。
/ F$ Y0 O) L) L6 R" E    最新的技术进展是：
    混合驱动大容量风机的设计和制造　混合驱动技术是融合了传统的通过齿轮箱驱动和完全无齿轮箱直接驱动的一种折中方案，它采用一级齿轮箱来增加转速，但并末达到六极发电机的转速，发电机是多极的，和直驱设计本质是一样的，由于它更紧凑，相对来说具有更高的速度和更小的转矩。混合驱动避免使用多级齿轮箱，与传统的齿轮箱驱动相比，增加了系统的可靠性，而与大直径的直驱发电机相比，通过更高效和紧凑的机舱排列使系统的体积和重量减小。混合驱动自问世以来，市场份额在不断增长。2005年，由芬兰Winwind公司设计和制造的单机5MW的混合驱动风力发电机组，已经开始在德国成功并网试运行。
    正在开发用于大容量风机的模块式的发电机系统　风机的发电机系统复杂，并且由于风机野外特定的运行环境，电机系统的故障是造成停机运行的原因之一。为了提高大容量风机的电机系统的可靠性，国外一些大的风机制造企业和研究机构开始开发模块式发电机系统，即将原有的单一电机分解为若干个电机，当某一电机出现故障时可单独退出，不影响其他电机的运行和风机的出力。2005年德国的REPower公司和芬兰的Winwind公司都开始进行单机15MW风机的模块电机的研究和设计，目标是在2010年面世。
    并网风机系统继续向大型化方向发展2004年9月，单机10MW风机开始概念设计，2005年概念设计完成，目前处于工艺设计和制造阶段，单机15MW风机也已经完成概念设计，2005年年底开始进行系统设计。专家们预言，2020年将会有20MW、30MW乃至40MW的风力发电机面世，风力发电机的制造技术将由造机器向造电站方向转化。这一设计和制造理念的变化，是对风力发电技术的革命性变化。
    海上风电兴起和海上风机技术　海上风电场是国际风电发展的新领域，开发热点在欧洲。因为海上风速更高且更易预测，另外，欧洲一些国家陆地风力资源好的地带的风能已经基本得到开发。在欧洲北部海域，60m高度的平均风速超过8m／s，预计比沿海好的陆地场址的发电量高20%—40%。迄今为止，欧洲已经建成14个海上风电场，主要在丹麦、瑞典、英国和德国，　　并且这些国家都制定了不同阶段的海上风电发展计划，如丹麦计划到2030年达到450万kW的海上风电装机能力，瑞典计划到2008年在南部和中部海岸建设56万kW风电场，德国计划到2020年在北海和波罗的海实现2040万kW风电装机，英国也制定了开发720万kW海上风电的计划。考虑到未来强大的市场需求，一些风机制造公司还针对海上的特点，对海上风电机进行了特别的设计和制造。考虑到海上风机对美观和噪音的要求低，目前提出的设计理念是采用瘦长形的二桨叶和单桨叶，以提高转速，降低桨叶的总成本和总重量，并且更易于安装和施工。2005年，一些风机制造公司和设计所已经开始数个兆瓦级的单桨叶海上风机的研制。
/ c8 U0 U$ \- H* o, S6 Z    2.2　光伏发电技术稳步发展
! @# C- K: S3 y    2005年，在德国和日本两个国家对光伏发电强有力的优惠政策的推动下，世界光伏发电市场需求强劲，全球光伏电池的生产量达到200万kW，是2004年产量的2倍，光伏系统的安装总量也将达到2000万kW。2000—2005年保持年均增长率在60%以上，是产业和市场发展速度最快的可再生能源技术。
   同期，光伏技术处于稳步发展状态，成本虽逐年下降，但降幅不大，2005年光伏发电的成本仍在40美分／kWh左右，德国光伏发电享受50欧分／kwh的优惠上网电价。成本之所以下降慢的原因之一是产业没能满足急速增长的市场需求，造成光伏系统的供不应求。但更主要的原因是光伏发电技术没有大的突破性进展。2005年，晶体硅电池的技术进步主要体现在制造工艺上的改革和改进方面，目前批量生产的晶体硅电池的效率达到17%—18%，比2004年增加了一个百分点。日本开发的等离子体化学气相生成法的新型晶体硅电池，实验室效率最高到26%，虽然与以前相比提高较大，但没有形成产业化生产。在薄膜电池研发方面，新型的光化学电池(敏化电池)的研究有所进展。总体来看，2005年世界光伏发电技术进步的水平基本保持2000—2004年的速度，没有革命性的技术突破。但在研发中的各类光伏电池的实验室与商业化生产之间的转换效率，都在以每年0.5%—1%的速度在增加。
2 _; ~% p) w* v1 C. M    2.3　太阳能热发电技术开始复兴
    太阳能聚焦式热发电(CSP)是一种太阳能高温热利用技术，该项技术20个世纪80年代在美国发展很快，美国加州在税收优惠政策的激励下，建设了10座总装机45万kW的太阳能热发电装置，技术研发有一定的进展。进入90年代，随着政策的取消，太阳能热发电处于停滞阶段。2005年，太阳能热发电技术开始复兴，国际研究和推广活动频繁。2005年太阳能热发电仍然沿袭了塔式、槽式、碟式三条技术路线，原理上没有大突破，更新和进步主要体现在具体的技术细节上。
    目前美国、以色列、西班牙等国在该项技术方面仍处于领先地位。2004年美国亚利桑那州1MW太阳能热发电站开始施工，是继1990年之后首座太阳能热发电站。西班牙在2004年把太阳能热发电技术列入享受固定优惠电价的技术范围，2005年已有投资者决定建设两座50MW的太阳能热发电站，并将于2006年建成欧洲首台商业性塔式太阳能热发电系统。美国、德国、意大利和澳大利亚等国也看好太阳能热发电的发展前景，并大量投入资金和研究项目发展此项技术。
  　2.4　生物质发电技术应用范围扩大
/ D" S$ i' T; V" Y    生物质是目前世界上最广泛、大量利用的可再生能源，据估计占世界一次能源供应量的11%，但绝大部分都是在发展中国家通过传统低效的火炉为农村家庭的炊事提供热能，只有一小部分是在发达国家和部分发展中国家通过现代技术和设备进行集中或分散发电、供热、供气和制取液体燃料。后者代表了生物质能利用的发展方向并展现了巨大的发展潜力。
    生物质直燃发电技术是利用在传统的内燃机发电技术上进行设备改型而实现的技术，技术基本成熟并得到规模化商业应用。生物质直燃发电在欧洲应用普遍，2005年占非水电可再生能源发电量的70%。其技术路线为“锅炉+汽轮机／斯特林发动机(通常为热电联产，即CHP)”，其中，汽轮机发电技术为常规技术，一般应用于中型以上发电系统，斯特林发动机发电技术处于技术开发和示范阶段，是欧洲目前重点支持研发的生物质利用方面的主要技术。该项技术在德国、西班牙等国家的应用得到了许多优惠政策，适用单机装机容量为20—100kW的装置，在瑞典，利用斯特林发动机的热电联产技术已经满足全国一半的热力需求。近年来，生物质与矿物燃料(主要是煤)的混合燃烧发电得到许多研究和示范应用，研究结果指出，混燃可提高生物质发电的效率，且当生物质的比重不高于20%时一般不需对现有设备作改动，是生物质燃烧发电的发展方向。生物质气化联合循环发电有望提高总体能源效率，但技术仍有待于商业化。
/ c3 b- [% e) W; b  ^    厌氧发酵技术在发达和发展中国家均已得到较广泛的应用，以处理畜禽养殖业废弃物、工业有机废水及城市固体垃圾中并生产富含甲烷的沼气。生物质气化技术常用于分散的小规模项目，把生物质(主要是农业废弃物)高效转化为清洁方便的合成气。沼气和合成气通常用于向居民、工业、商业供应燃料或通过燃气轮机进行发电，经净化、重整还可用作精化工的原料和燃料电池的燃料。

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2.5　生物液体燃料技术继续受到重视

; A- k! Z2 e6 o2 t    生物液体燃料具有替代石油产品的巨大潜力，得到了各国的重视，主要包括燃料乙醇和生物柴油。国际油价的持续攀升，提高了生物液体燃料的经济性，在一些国家和地区已经具有了商业竞争力。目前，巴西燃料乙醇折合成油价约25美元／桶，低于原油价格。在美国和欧洲，因采用的农作物品种和巴西不同以及人工成本高等原因，乙醇和生物柴油的生产成本在50—60美元／桶。2005年，巴西和美国仍然是燃料乙醇的生产大国，分别以甘蔗和玉米为原料，掺混汽油，占其国内车用交通燃料的50%和3%，比2004年分别提高6%和1%。美国在2001—2005年，燃料乙醇产量已经翻了一番，2005年最新的能源法案中又提出，到2010年燃料乙醇产量再增加一倍的目标。欧盟确定了到2010年生物液体燃料在总燃料消耗的比例达到6%的目标。泰国、印度、澳大利亚等30多个国家为生物燃料场提供原料，扩大了油棕榈、大豆等的种植面积。
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    生物液体燃料方面新技术的研发，在很大程度上取决于解决生物燃料生产的原料供应问题。目前生产液体燃料大多使用的是粮食类作物，如玉米、大豆、油菜籽、甘蔗等，但，从能源的投入、产出分析，利用粮食类作物生产液体燃料是不经济的。因此，利用木质纤维素制取燃料乙醇将是解决生物液体燃料的原料来源和降低成本的主要途径之一。目前已有国家在研发试验以糖类和纤维素为原料的燃料乙醇生产技术，加拿大已经建成首家用麦秆生产燃料乙醇的工厂；壳牌投资4600万美元，建设年产20万t燃料乙醇的商业化生产线，德国正在开发使用木材和麦秆等生产高级柴油的技术，预计2007年实现生产。美国能源部也支持了一个投资巨大的纤维素乙醇中试及产业化攻关项目，旨在利用木材、稻草、玉米秸等纤维素废料生产燃料乙醇，其中仅发展高效纤维素水解酶技术的公司就获得能源部的3200万美元的政府拨款资助。
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  　3　可再生能源发展前景展望

' i/ A% z8 L4 _( u    可再生能源因其可持续性、清洁、环保，是未来能源的发展方向。世界许多国家制定了可再生能源发展规划和战略目标。欧盟是世界可再生能源发展最快的地区，也是受益最多的地区。1997年，欧盟颁布了可再生能源发展白皮书，制定了2010年可再生能源要占欧盟总能源消耗的12%、2050年可再生能源在整个欧盟国家的能源构成中要达到50%的雄伟目标。2004年，主要的欧盟国家达成共识，分别制定了2010年和2020年可再生能源的发展目标，英国和德国都承诺，2010年和2020年可再生能源的比例将分别达到10%和20%。西班牙表示，2010年，其可再生能源发电的比例就可以达到29%以上。北欧部分国家提出了利用风力发电和生物质发电逐步替代核电的战略目标，并均已付诸行动。和可再生能源巨大的资源潜力和全球的能源需求相比，目前的可再生能源开发利用量还是冰山一角，而大部分可再生能源技术已经处于准商业化的阶段，今后，随着技术的进步，成本将进一步降低。预计2020年风电和生物质能发电以及2030—2040年太阳能发电成本将降低到可以与常规化石能源电力相竞争的水平。使得可再生能源实现快速发展，从补充能源上升为世界的主导能源之一。
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    我国有丰富的可再生能源资源。2005年我国出台《可再生能源法》以及国家制定《可再生能源中长期发展规划》，都表明了我国政府支持推动可再生能源发展的决心和行动。2005年，我国可再生能源开发利用总量约1.5亿tce，为当年全国一次能源消费总量的7%(其中非水电可再生能源利用占1%)，根据政府的规划目标，到2010—2020年可再生能源利用总量将达到2.7亿和5亿tce，分别占届时能源消费总量的11%和16%(其中非水电可再生能源利用占2%和5%)。今后我国将重点支持并网风电、光伏发电、太阳能热利用、生物质发电和制气、生物液体燃料等技术的研发，并促进这些技术和水电的产业化和市场发展。