风光成为绿色发展的新动能

随着“双碳”目标的推进，风电行业装机量稳步提升，赋予了电气风电广阔的发展空间。

国家能源局发布的最新数据显示，2023年我国可再生能源总装机达14.5亿千瓦，占全国发电总装机超过50%，历史性超过火电装机。截至2023年12月31日，我国可再生能源年内发电量3万亿千瓦时，约占全社会用电量1/3；风电光伏发电量已超过同期城乡居民生活用电量，占全社会用电量比重突破15%。

中国工程院院士、清华大学碳中和研究院院长贺克斌《中国碳中和目标下的风光技术展望》（以下简称《报告》）发布会上表示，“双碳”目标下，风、光等可再生能源发展成为构建新型电力系统、推动能源结构转型的关键举措。中国在推动技术进步和成本下降的过程中起到了重要作用，为应对全球气候变化树立了行动典范。

应对挑战，加大研发力度

在我国碳中和目标的驱动下，电力部门将成为重要的脱碳抓手。电力系统的低碳转型将持续加大可再生能源电力对传统煤电等化石能源电力的替代，以风电、光伏发电为主的可再生能源装机量及发电量将会进一步增长。

自2005年以来，随着我国风电、光伏技术装备水平的不断加强，风电、太阳能发电的装机规模不断扩大，在电力结构中的装机与发电比重逐步提高，发展成效显著。随着“双碳”目标的提出，未来我国风、光发电预计将持续大规模发展，为应对全球气候变化发挥重要作用。

实际上，我国在风光技术的研发和应用方面取得了显著的成效，陆上风电和光伏技术已经进入成熟应用阶段，海上风电和光热技术进入早期的示范应用阶段。此外，与欧美发达国家相比，我国风光装备生产拥有成本较低、产业链较为完善的优势，为应对全球气候变化和实现可持续发展做出了重要贡献。

“风光已经成为绿色发展的新动能。实现碳中和目标的关键是能源的绿色低碳转型，风电光伏的发展是减污降碳的重要手段。”清华大学碳中和研究院减污降碳协同增效研究中心主任王灿表示，从全球产业链和供应链安全的角度，我国风光技术具有独特优势，已成为全球最大的光伏和风电市场，为全球风光技术进步和成本下降作出了巨大贡献。

国家气候战略中心首任主任、中国能源研究会常务理事李俊峰表示，风光可再生能源的发展正处在挑战与机遇并存的时代。前不久的COP28上，各国就能源转型达成共识，把可再生能源的发电能力提高三倍，为可再生能源的加速发展提供了全球背景，中国可再生能源的发展将对全球作出重大贡献。

“然而，现如今的风光技术在发展过程中仍然面临着许多系统性挑战，如发电效率低、储能技术不成熟、成本较高等问题。”贺克斌说。

从近10年的不同技术路线新增装机容量占比看，2012年传统高速带齿轮箱技术路线的风电机组市场份额约72%，到2015年下降至64%，截至2022年传统高速带齿轮箱技术路线的风电机组市场份额仅占55.8%。低速直驱技术由于其拥有低风速应用、故障率低且不存在退磁风险的优势，在2012～2021年期间保持30%左右的市场份额。但直驱技术造价较贵，无法避免机舱较重的问题，尤其是随着风电大型化发展，导致直驱风电在吊装、运输等环节难度较大，从而其市场份额近年来也呈现下降趋势，到2022年仅占16%。中速半直驱技术结合了传统高速传动和低速传动的优点，而又规避两者的缺点。

李俊峰对此表示赞同。他说：“大规模的风电光伏发展面临着技术、脱钩断链、产能过剩等重大挑战，未来如何形成新的良好健康的产业生态是需要思考解决的问题。”

以风电技术为例。《报告》显示，从全球产业链来看，我国已经成为全球最大的风电装备制造基地，除了主轴承之外，我国风电零部件国产化率超过95%，风电机组产量占到全球的2/3以上，产品销往近50个国家和地区。目前我国陆上风电技术完全成熟，引领全球风电技术发展。当前，我国的风电技术已经进入“无人区”，达到了现有技术边界，进一步大型化发展需要力学特性和电气特性的理论突破。此外，仍有一些技术瓶颈有待解决，风能产业链部分环节对国外依赖度比较高，主要包括风资源分析、风电机组整机设计仿真等工程仿真软件，关键轴承、变流器、控制器中的关键电子器件，碳纤维、巴沙木、润滑剂等关键材料等。

王灿直言，面向碳中和目标，我国风光技术仍需不断创新且未来高比例风光发电的电力系统在面对极端天气时的韧性需进一步提升，风光领域未来进行跨学科合作，结合人工智能领域等新技术，发展更加可靠的绿色技术。

与此同时，贺克斌表示，为应对这些挑战，相关学界和产业界应不断加大风光技术研发投入，力求突破技术瓶颈，推动风光技术的快速发展，为实现能源转型和绿色低碳发展提供有力支撑。

政策扶持，破解产业难题

随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，风电等可再生能源发展将进一步提速。在“双碳”目标的指导下，国家及各省出台相应政策加大对风电等可再生能源的规划和开发，如国家发展改革委、国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展实施方案》《国家能源局关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》等相关政策。从顶层设计完善风电产业发展政策体系，创建良好发展环境，助力风电产业链更加完善，推动风电行业大规模、高比例、高质量、市场化发展。

截至目前，已有31个省（区、市）发布了“十四五”可再生能源规划目标，预计“十四五”期间，风电新增装机规模将超过3亿千瓦，累计将达6亿千瓦。

同时，为进一步促进风电等可再生能源的高质量发展，鼓励风电退役回收产业发展，国家出台《关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见》等相关政策。从顶层设计完善风电产业发展政策体系，创建良好发展环境，助力风电产业链更加完善，推动风电行业大规模、高比例、高质量、市场化发展。

《报告》指出，展望未来的十年，大型化和轻量化依然是风电发展的主要趋势，根据全球风能理事会最新分析，预计到2025年海上风电机组单机容量约达到15兆瓦，到2030年达到20兆瓦，海上风电将逐步向深远海发展，这将对风电机组的研发、制造、安装运维、相关装备制造等环节提出更高的要求。

提升基础制造业工艺水平和材料制造水平，加强国产品牌替代应用。重点将集中在大型化轻量化的叶片、模块化智能化的齿轮箱、集成化和子系统模块化的变流器控制系统。同时，进一步调动开发企业应用国产主轴轴承的积极性，尤其针对大兆瓦机组，鼓励风电场风机招标文件中增加使用配套国产品牌的条款。风电轴承研发投入巨大，涉及基础理论、材料、设计制造和试验应用等专有技术，建议国家持续支持技术研发。风电轴承企业需进行产能建设，建议国家持续支持风电轴承技改投资。支持国产化润滑油的各类长效试验验证，建立基础应用数据库，指导新产品的研发以及规模化应用。

提升风电电子芯片基础设计与制造工艺，进一步推进风电智能化发展。电子芯片在数据采集、处理和传输中发挥了关键作用，高性能、低功耗的芯片使得风电场能够更加高效地处理海量数据，支持先进的数据分析和人工智能应用，为风电运营和维护提供更精准的决策支持。在条件成熟时增加国内产品应用试点，逐步增加产量降低成本。建立封装工艺、失效分析、检验测试等配套能力。一方面针对第三代半导体材料或新一代半导体材料，以及IGBT等器件的共性科学问题和关键技术，通过国家重点研发计划等国家科技计划持续部署研究任务，支持中车时代电气、清华紫光等单位对标国际先进技术，加快新一代IGBT以及FPGA、DSP、PLC等的研发推广进度；另一方面，支持、推动行业公共验证平台建设，解决变流器企业产品试验验证周期长、研发费用较高的共性问题，有效缩短产品研发周期，降低单一单位费用投入，提升产品质量。

支持、推动风电行业公共验证平台建设。公共验证平台有助于建立共同的标准和规范，提高整个行业的水平，确保风电项目达到一定的质量和性能标准，同时能够促进风电技术创新、提高产业水平、推动可持续发展。为国产替代性技术和产品提供监测和验证支持，一方面扶持研发和优化，另一方面建立市场信心，为样机试用和商业化创造条件。加强对质量安全与后服务配套可靠性的要求；加强对大型风电机组的试验验证与时间检验，严把质量关，防患于未然。

开发新工艺、研发新材料促使产业走向零碳时代。提升碳纤维等原材料及大叶片产品的性能、质量和良品率，形成批量化生产能力，不断降本增效。开发新型工艺方案，实现低成本分解叶片用环氧树脂，如维斯塔斯开发的新型环氧树脂化学分解法。开发新型的具备易分解或易溶解特性的树脂材料，增加材料重复利用和再循环的可能性，如上纬新材的EzCiclo易可收环氧树脂。

鼓励推动“风电+多种产业”的融合发展模式。扩大风电在各个领域的应用场景，如风电制氢、海上风电+海洋牧场，能源岛等创新技术融合发展，以及深远海技术，助力实现“双碳”目标。当前这些融合技术还处于应用探索阶段，投资成本高，需要政府不断引导并给予支持。

资源丰富，可开发潜力大

《报告》显示，我国风能、太阳能资源十分丰富，可开发潜力大。根据大量的研究估算，我国估计100米高度的风能资源（包括陆上风能和海上风能）的技术可开发量达到10.9至20.1太瓦，以光伏发电（包括集中式和分布式光伏）为首的太阳能发电技术可开发量达到45.6至58.9太瓦，风光的理论装机容量远大于碳中和目标下的风光装机需求。

“在碳达峰碳中和的背景下，中国未来风能和太阳能发电将以倍增式发展。”《报告》总召集人清华大学碳中和研究院院长助理、环境学院教授鲁玺介绍，在碳中和目标下，2060年我国的风电与光伏装机量将达到2020年风光总装机量的10倍以上，且随着风光发电技术的不断发展与发电效率的提升，2060年的风光发电量将达到2020年风光发电量的13倍以上。

鲁玺说：“预计到2030、2035、2040、2050和2060年，风电和光伏的装机总量将分别达到所有电源总装机规模的45%、55%、65%、75%和83%。”

为实现碳中和目标下的风光发电装机目标，《报告》提出分阶段的政策建议，其中2024至2030年间被认为是中国实现碳达峰的关键时期，也是电力结构改革的关键时期。预计到2030年我国风光总装机容量有望达到2200~2400吉瓦，2060年达到5496~7662吉瓦。

根据各地区的风光资源禀赋和现有能源装机特征，鲁玺建议，华北、西北和东北地区重点发展陆上风电；尽管华东与南方地区陆上风能资源较弱，但海上风电资源充足，因此应重点发展海上风电；华北与西北地区具有丰富的太阳能辐射资源，应着重推动集中式光伏发电的发展；虽然华东、华中和南方地区太阳能辐射资源相对较弱，但考虑到大量的电力供应需求，应基于工业及商业建筑面积，大力发展分布式光伏。

对于风能、太阳能接下来的可持续发展问题，国网能源研究院国网三级顾问、原副院长蒋莉萍表示，风能及太阳能是低碳新型电力系统的重要组成部分，相互之间是“我们”的关系，不能再是“你”“我”关系，需要共同以安全可靠供电和实现经济转型为目标，打造新的电力生态格局，包括构建适应未来发展及新格局的市场机制。

不仅如此，国网能源研究院新能源研究所正高级工程师李琼慧表示，除常规的电量市场、调峰辅助服务市场外，还需建立容量市场和绿色电力市场，后者可以把一部分新能源的发电成本向用户侧疏导，提升新能源可持续发展能力。