當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電與光伏領(lǐng)域存在的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策建議

中國(guó)華能集團(tuán)有限公司 黃曉夏 陳 思 鐘 晨

當(dāng)前，我國(guó)已建成世界最大的清潔發(fā)電體系，基本形成了完整的風(fēng)光裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈，并處于全球領(lǐng)先水平，但在部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)仍然依賴進(jìn)口。本文從原材料、零部件及軟件系統(tǒng)等方面梳理分析了風(fēng)電、光伏領(lǐng)域潛在的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合實(shí)際工作和調(diào)研情況，從政策引導(dǎo)、科技創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等3個(gè)方面提出對(duì)策建議，為加速國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)及推廣應(yīng)用提供解決思路。

2023年全國(guó)“兩會(huì)”期間，習(xí)近平總書記多次發(fā)表重要講話，強(qiáng)調(diào)要著力推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，針對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)，提出既要抓住機(jī)遇順勢(shì)而上，也要統(tǒng)籌好發(fā)展和安全關(guān)系的更高要求。2022年，我國(guó)風(fēng)電、光伏新增裝機(jī)再創(chuàng)歷史新高突破1.2億kW，帶動(dòng)可再生能源累計(jì)裝機(jī)首次超過煤電裝機(jī)達(dá)12.13億kW；風(fēng)電、光伏年發(fā)電量首次突破1萬億kWh，占全社會(huì)用電量的13.8%，接近全國(guó)城鄉(xiāng)居民生活用電量。在“雙碳”目標(biāo)推動(dòng)下，我國(guó)已建成世界最大的清潔發(fā)電體系，新能源產(chǎn)業(yè)邁入高質(zhì)量躍升發(fā)展新階段。但同時(shí)也應(yīng)看到，部分關(guān)鍵材料、裝備零部件及核心技術(shù)仍然依賴進(jìn)口，存在受制于人的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。

一、我國(guó)風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國(guó)加速推動(dòng)新能源領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品迭代，風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)鏈均居全球領(lǐng)導(dǎo)地位，并保持較大的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的《2023年能源技術(shù)展望報(bào)告》數(shù)據(jù)，2021年，國(guó)產(chǎn)光伏硅片、電池和組件分別占全球產(chǎn)能的96%、85%和75%；陸上風(fēng)電葉片、機(jī)艙和塔筒產(chǎn)能分別占比61%、62%和55%；海上風(fēng)電分別占83%、73%和53%。

容量及效率方面，風(fēng)機(jī)大型化進(jìn)程不斷提速，2022年我國(guó)新增風(fēng)電平均單機(jī)容量為4.49MW，同比增長(zhǎng)27.8%，陸上5MW級(jí)及以上、海上8～8.9MW風(fēng)機(jī)已成為主流，分別占陸上、海上新增裝機(jī)占比的44.9%、43.9%；量產(chǎn)p型單晶硅電池的平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.1%，較2012年提升5個(gè)百分點(diǎn)，TOPCon、異質(zhì)結(jié)、鈣鈦礦等自主研發(fā)電池最高轉(zhuǎn)換效率不斷打破紀(jì)錄，其中中來POPAID技術(shù)N型TOPCon實(shí)現(xiàn)26.7%轉(zhuǎn)換效率，隆基綠能n-HJT實(shí)現(xiàn)26.81%轉(zhuǎn)換效率，小面積（0.049cm2）單片全鈣鈦礦已認(rèn)證轉(zhuǎn)換效率達(dá)到28%。

圖1 2021年全球新能源產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)規(guī)模情況圖

圖2 2011—2022年我國(guó)新能源單位千瓦造價(jià)趨勢(shì)圖

成本及造價(jià)方面，在規(guī)模增長(zhǎng)和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，我國(guó)新建風(fēng)電、光伏場(chǎng)站成本整體呈下降趨勢(shì)，根據(jù)水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院及有關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，得益于風(fēng)機(jī)中標(biāo)價(jià)格不斷下探，2022年我國(guó)陸上風(fēng)電4800～6500元/kW、海上風(fēng)電造價(jià)約1.15萬元/kW，分別較2021年下降了10～17%、38%；光伏造價(jià)受組件價(jià)格波動(dòng)影響保持高位，2022年集中式光伏電站造價(jià)約4130元/kW，其中，組件約占造價(jià)成本的47.09%，較2021年上升1.09個(gè)百分點(diǎn)。隨著產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)新增產(chǎn)能釋放，2023年有望回歸合理水平。

二、當(dāng)前面臨的關(guān)鍵“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)

（一）原材料供應(yīng)存在堵點(diǎn)、斷點(diǎn)

受新冠肺炎疫情及地緣沖突等復(fù)雜國(guó)際形勢(shì)連鎖影響，全球產(chǎn)業(yè)鏈加速重構(gòu)，中國(guó)統(tǒng)籌新冠肺炎疫情防控和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，對(duì)國(guó)際產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的穩(wěn)定作出了重要貢獻(xiàn)，但同時(shí)也暴露了部分原材料供應(yīng)存在短板弱項(xiàng)。

光伏方面。石英坩堝以高純石英砂為主要原料是硅片生產(chǎn)中的關(guān)鍵耗材，石英坩堝按結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)中外三層，其中，中外層砂已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，對(duì)純度要求更高的內(nèi)層砂仍高度依賴進(jìn)口，美國(guó)尤尼明公司（Unimin）寡頭壟斷了全球90%以上的市場(chǎng)份額。由于裝機(jī)需求快速增長(zhǎng)，疊加礦源、技術(shù)壁壘較高導(dǎo)致擴(kuò)產(chǎn)難度大，近期高純石英砂出現(xiàn)供應(yīng)短缺，2023年4月國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口報(bào)價(jià)已分別達(dá)到14萬元/噸和20萬元/噸，均較2022年同期漲幅超過200%，短期內(nèi)預(yù)計(jì)將持續(xù)影響產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格。

膠膜是組件封裝粘結(jié)玻璃、電池和背板之間的關(guān)鍵材料，隨著光伏技術(shù)的進(jìn)步，兼具高水汽阻隔和高抗PID性能的聚烯烴（POE）膠膜及共擠型聚烯烴復(fù)合膜（EPE）膠膜逐漸受到青睞，根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022年組件封裝材料中透明EVA膠膜約占市場(chǎng)份額的42%，POE、EPE膠膜合計(jì)約占35%，隨著N型電池及雙玻組件占比的提升，后者有望于2025年左右替代透明EVA膠膜成為主流。但受制于不掌握原材料高碳α-烯烴的制備工藝，缺少耐高溫、高活性、高共聚力的茂金屬催化劑供應(yīng)，目前我國(guó)光伏級(jí)POE粒子供應(yīng)基本全部來自海外企業(yè)，雖有部分國(guó)內(nèi)化工企業(yè)嘗試POE顆粒制備，但進(jìn)程偏緩，預(yù)計(jì)最早投產(chǎn)時(shí)點(diǎn)為2024年。

風(fēng)電方面。風(fēng)機(jī)大型化推動(dòng)葉片長(zhǎng)度大幅增加，2021年我國(guó)新增吊裝機(jī)組平均風(fēng)輪直徑達(dá)到151m，較2020年增長(zhǎng)了15m；2022年最新下線大兆瓦風(fēng)機(jī)葉片普遍已超過百米，當(dāng)前全球最長(zhǎng)的葉片達(dá)126m，應(yīng)用于18MW級(jí)海上風(fēng)機(jī)，已于2023年3月通過國(guó)家質(zhì)檢中心靜力檢測(cè)。風(fēng)機(jī)大型化促使材料升級(jí)迭代提速，一般采用“筋板-芯材-筋板”三明治結(jié)構(gòu)增加結(jié)構(gòu)剛度，防止局部失穩(wěn)，提升葉片整體抗載荷能力，而芯材所需關(guān)鍵材料巴沙木和PET結(jié)構(gòu)泡沫均高度依賴進(jìn)口。

巴沙木是目前所知密度最小的木材，全球90%以上產(chǎn)自南美洲厄瓜多爾，但由于樹木生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，且單一地區(qū)供應(yīng)難以滿足全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，2019年“搶裝潮”及新冠肺炎疫情防控期間，曾幾次全國(guó)范圍出現(xiàn)巴沙木階段性短缺；盡管PVC泡沫已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，為滿足更長(zhǎng)的葉片對(duì)性能提升的需求，近年來PEI、HPE等材料逐漸替代PVC成為主要芯材，但PET泡沫核心發(fā)泡工藝基本被瑞士等國(guó)外廠商壟斷，行業(yè)整體技術(shù)水平與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家間仍存在較大差距。

（二）關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)制造能力仍有不足

當(dāng)前，我國(guó)已基本形成了完整的風(fēng)光裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈，但由于部分零部件從設(shè)計(jì)到制造時(shí)間較短，缺少可靠性驗(yàn)證，市場(chǎng)認(rèn)可度不高，國(guó)產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)尚未完全顯現(xiàn)。

主軸軸承是連接輪轂與齒輪箱的風(fēng)機(jī)核心部件，載荷復(fù)雜多變，對(duì)可靠性及精度有較高的要求。我國(guó)陸上風(fēng)電主軸軸承國(guó)產(chǎn)化率從2018年的10%增至2021年的32%，但大功率機(jī)型主軸軸承市場(chǎng)仍由SKF、舍弗勒等外國(guó)廠商為主導(dǎo)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)主要軸承廠家國(guó)產(chǎn)化情況見表1。

表1 主軸軸承國(guó)產(chǎn)化情況

IGBT全稱絕緣柵雙極型晶體管，是風(fēng)電變流器、光伏逆變器的核心半導(dǎo)體部件，在電化學(xué)儲(chǔ)能、新能源汽車、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，我國(guó)IGBT需求量呈連年增長(zhǎng)趨勢(shì)，據(jù)東吳證券預(yù)測(cè)，2025年中國(guó)IGBT市場(chǎng)空間將達(dá)601億元，其中風(fēng)電、光伏應(yīng)用領(lǐng)域分別達(dá)12億元、29億元。

當(dāng)前，全球IGBT市場(chǎng)處于被英飛凌、三菱電機(jī)、安森美等德日美企業(yè)壟斷的格局，盡管在國(guó)家政策的引導(dǎo)和市場(chǎng)需求的拉動(dòng)下，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)已通過自主研發(fā)，初步形成小批量國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，但在芯片研發(fā)、生產(chǎn)工藝、專業(yè)人才等方面仍與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距。

（三）控制、運(yùn)維系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化水平有待提升

除關(guān)鍵設(shè)備外，控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化程度也深深影響著我國(guó)電力基礎(chǔ)設(shè)施及信息數(shù)據(jù)的安全水平。

PLC是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的核心工控技術(shù)之一，據(jù)開源證券統(tǒng)計(jì)，截至2022年三季度，我國(guó)市場(chǎng)中小型PLC國(guó)產(chǎn)化率不足31%，大型PLC系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化率僅為1%。風(fēng)電PLC應(yīng)用以大中型為主目前大部分依賴進(jìn)口，少量國(guó)產(chǎn)PLC品牌仍未在芯片和軟件上實(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)化。此外，受用戶使用習(xí)慣、更換成本帶來的本位主義影響，一定程度增加了國(guó)產(chǎn)化PLC批量推廣難度。

新能源監(jiān)控運(yùn)維系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)交互，對(duì)設(shè)備分散、數(shù)量眾多的新能源場(chǎng)站實(shí)行集約化管理。已有多家大型發(fā)電企業(yè)打造了新能源數(shù)字化管理平臺(tái)，其中，中國(guó)華能集團(tuán)建成了目前國(guó)內(nèi)接入裝機(jī)規(guī)模最大、國(guó)產(chǎn)化技術(shù)領(lǐng)先的新能源智慧運(yùn)維中心，并通過與13家央企合作推動(dòng)新能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)專業(yè)化整合。但監(jiān)控運(yùn)維系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、鏈路長(zhǎng)，不同廠家普遍采用非國(guó)產(chǎn)芯片硬件設(shè)備，且存在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、相互封閉、權(quán)限分散等潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，自主可控程度仍有待提升。

三、相關(guān)對(duì)策建議

（一）發(fā)揮政策引導(dǎo)作用，強(qiáng)化上下游協(xié)同聯(lián)動(dòng)保障產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定暢通

一是進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)家政策支持及統(tǒng)籌規(guī)劃，充分考慮新能源裝機(jī)發(fā)展需求及各環(huán)節(jié)產(chǎn)能差異，引導(dǎo)企業(yè)合理安排擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。

二是積極發(fā)揮央企“穩(wěn)定器”“壓艙石”作用，鼓勵(lì)通過戰(zhàn)略合作、互相參股等方式重點(diǎn)布局新能源裝備產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建上下游一體化發(fā)展模式，著力打通產(chǎn)業(yè)鏈堵點(diǎn)、斷點(diǎn)，提升全產(chǎn)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

三是持續(xù)加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)管，從嚴(yán)查處囤積居奇、過度炒作等哄抬價(jià)格行為，保障行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)公平有序和產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格合理穩(wěn)定。

（二）瞄準(zhǔn)科技創(chuàng)新前沿，聚力關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)解決“卡脖子”難題

一是鼓勵(lì)打造高質(zhì)量創(chuàng)新聯(lián)合體，帶動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用廣泛參與、深度融合，集聚創(chuàng)新資源，形成攻堅(jiān)合力。

二是聚焦原材料、設(shè)備制造、芯片設(shè)計(jì)等關(guān)鍵領(lǐng)域，重點(diǎn)攻關(guān)高純石英砂、大兆瓦主軸軸承、大容量IGBT、芯片等核心材料的生產(chǎn)制造和關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化替代，立足技術(shù)自主可控突破“卡脖子”薄弱環(huán)節(jié)。

三是面向國(guó)家重大需求，推進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池、大功率輕量化風(fēng)機(jī)、多樣化新型儲(chǔ)能、綠氫等新材料、新設(shè)備、新技術(shù)的開發(fā)研究與試點(diǎn)應(yīng)用，并在政策、財(cái)稅上給予更大傾斜。

（三）加快行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，打破企業(yè)間壁壘助力國(guó)產(chǎn)化替代

一是著力完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，打通主機(jī)、組件、零部件、運(yùn)維等上游廠家與下游用戶間壁壘，以統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)數(shù)據(jù)互聯(lián)和閉環(huán)管理，進(jìn)一步提升國(guó)產(chǎn)設(shè)備可靠性。

二是加快推進(jìn)新增場(chǎng)站的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用推廣，加強(qiáng)有資質(zhì)的第三方認(rèn)證單位高水平、國(guó)際化發(fā)展，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)產(chǎn)品牌，同步開展存量軟硬件的國(guó)產(chǎn)化替代，避免出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

三是推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，依托“云大物移智”、區(qū)塊鏈、5G等數(shù)字信息技術(shù)，支持無人值守、遠(yuǎn)程集控、智能診斷等新模式新業(yè)態(tài)落地，打造新能源智慧運(yùn)維的標(biāo)桿，推動(dòng)新能源專業(yè)化整合向更深層次發(fā)展。

四、結(jié)語

突破“卡脖子”問題，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)既是國(guó)家強(qiáng)盛之基、安全之要，也是決定國(guó)運(yùn)變化的勝負(fù)手。推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，加快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要政、產(chǎn)、學(xué)、研進(jìn)一步深度融合、共同協(xié)作，充分發(fā)揮現(xiàn)有舉國(guó)體制、基礎(chǔ)設(shè)施、資金保障、人力資源、全產(chǎn)業(yè)鏈等現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)，才能把創(chuàng)新發(fā)展的主動(dòng)權(quán)掌握在自己手中，打造屬于中國(guó)獨(dú)有的核心競(jìng)爭(zhēng)力。