清华大学最新报告：风机大型化趋势延续，光伏电池加速实现“改朝换代”

图片来源@视觉中国

在复盘2023年风电、光伏产业现状，展望未来发展趋势时，钛媒体APP曾提及2023年市场最关注的热点之一就是龙头企业的技术路线选择，并研判，技术将在风电、光伏接下来的发展中扮演越来越重要的角色，各企业对不同技术路线的选择、产品研发创新的进度、对差异化需求的发掘和满足都可能会对企业的存续和行业的发展形成较大影响（产能过剩危机下，风电、光伏的2023并不那么“风光”）。

受篇幅和研究方向所限，复盘、展望并未针对技术部分做更多延展解读，而清华大学最新发布的《中国碳中和目标下的风光技术展望》（由能源基金会支持，清华大学碳中和研究院、环境学院牵头撰写，以下简称《展望》），对相关问题进行了更细致、全面地分析。

风电：大型化、轻量化、低成本是主要方向

《展望》对目前我国“风光”技术发展阶段的总体判断是，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；虽然整体来看技术进步速度可观，但还存在发电效率低、储能技术不成熟、成本较高等问题。钛媒体APP在此前复盘及梳理由中国国际经济交流中心与国家电力投资集团有限公司主编的《中国碳达峰碳中和进展报告（2023）》时，整体研判也与此相近。

具体到风电技术方面，经历了近40年的发展后，我国风电机组近些年呈现出以“大型化”提高风电发电效率的特征。钛媒体APP了解到，2023年明阳智能、三一重能等龙头公司接连推出了以“最大”为名的新风机产品，充分凸显“大型化”竞争来到白热化阶段。《展望》给出了一组数据，在单机容量上，陆上风电平均单机容量从2012年的1.6兆瓦增加到了2022 年的4.3 兆瓦；海上风电平均单机容量从2012年2.8兆瓦增加到了2022年的7.4兆瓦。截至目前，陆上风电最大单机容量达到了8兆瓦级别以上，5兆瓦及以上单机容量也已成为主流。大型化的发展趋势也导致了产业链技术偏好的一系列变化，如在传动技术方面，吊装、运输更简洁的中速半直驱技术就在近两年加速取代了低速直驱技术。

图片来自《中国碳中和目标下的风光技术展望》

虽然大型化的发展提升了发电效率，一定程度上增加了我国产品在国际上的竞争力，但目前我国风电产业在设计软件等基础技术，轴承、变流器、控制器等关键部件以及叶片、润滑剂等关键原材料上都遇到了一定的瓶颈，制约着产业整体的发展。

根据现状，《展望》给出了对风电技术发展趋势的研判，认为未来主要的技术方向应是大型化、轻量化、低成本，同时，需围绕关键核心技术和关键共性技术继续进行攻关，包括大型化轻量化的叶片、模块化智能化的齿轮箱、风电轴承的国产化等。钛媒体APP此前曾了解到，在风机核心部件叶片领域，我国目前大型化技术的国产化程度并不高，对此，《展望》也分析称，未来我国研究机构也将重点开展大型柔性叶片非线性大变形气弹稳定性机理和颤振预测技术、被动降载及振动抑制技术、一体化设计技术等的研究，提高大型风电叶片的性能、可靠性和经济性；在设计方面，更趋向精细化，减少设计冗余。

此外，针对备受关注的海上风电发展，《展望》提到，未来海上风电是风电发展的重要方向，漂浮式风电机组及柔性直流技术的深入研究将进一步促进海上风电的发展。

光伏：预计TOPCon市占率始终保持领先，钙钛矿电池未来前景光明

对于光伏产业的技术进步，尤其是近年来光伏电池N型新技术替代P型技术、不同技术路线竞争转换效率的相关情况，钛媒体APP此前进行过系列报道。

《展望》也对电池技术路线的现状和发展趋势进行了研判，指出在P型电池已接近其转换效率理论极限的情况下，近两年必定被大举替代。而新一代电池技术路线中，目前TOPCon 电池因具有较高性价比，成为新建量产产线的主流，另两大技术路线HJT和BC占较小比例。从技术角度而言，TOPCon电池的钝化结构兼顾了发电效率与接触性能；HJT电池同样是通过钝化技术降低载流子损失，提升发电效率；BC电池则可避免常规电池正面栅线约5%左右的遮光损失，进而提高电池的发电效率。三者在技术上各有优势，但在市占率争夺上，《展望》引用了中国光伏行业协会（CPIA）的预测，认为在2024-2030年的代际更替过程中，TOPCon路线会始终保持市占优势（从20%以上水平增长到40%以上水平），HJT次之，最终也将拿到超20%的市场，BC电池相对较少，在2030年之前都无法达到10%的水平。

图片来自《中国碳中和目标下的风光技术展望》

此外，根据《展望》分析，更前沿的钙钛矿电池技术将成为未来重要的发展方向，其理论预测转换效率可达35%，能够突破单结晶硅电池29.4%的转换效率极限，如果未来其稳定性以及大面积电池的光电转换效率提升问题能够得到解决，将会具有极大发展前景。

其他环节，近期龙头已产生路线分化的硅料方面（详见颗粒硅VS棒状硅：光伏硅料龙头押注不同技术路线），《展望》研判今后技术路线仍将以改良西门子法的棒状硅为主，包括硅烷流化床法颗粒归在内的其他新工艺、新方法会作为补充，而降低能耗则将成为全行业的着力点；硅片环节，未来预计仍会沿着薄片化、大尺寸化的路线前进，进一步降低硅耗和硅片成本，提高功率；组件环节，主要是通过提升电池片转换效率、改进组件材料性能和优化组件版型等方法来实现组件功率的提升。

钛媒体APP了解到，光伏设备制造端虽然存在各类技术路线的竞争，但大体趋势目前是相对一致的，全行业也都在进一步突破电池效率瓶颈、实现降本增效这方面发力。但另一方面，对于下游来说，面临的困难和不确定性似乎更大。《展望》中也提及，先进储能技术是制约光伏应用的一大“短板”，未来需要进一步加强对电化学储能、抽水蓄能等传统储能方式的降本增效道路的研究，并探索更多、更新的储能形式。根据钛媒体APP此前梳理，天合光能、阳关电源等光伏龙头近年来均在深度布局新型储能业务，走光储融合路线，晶科能源、阿特斯等也在2024年规划中重点提及储能业务的发展，但这一领域竞争也已趋白热化，同样面临产能过剩、价格战等问题，且未来技术进步还存在较大不确定性，光伏企业想“抢占地盘”并不容易（光伏大厂陆续公布2024年“小目标”，产能规划、技术路线引关注）。

此外，对于能够大力支持电力生产、储能和供热的光热技术，《展望》分析称我国目前还在熔盐阀、熔盐泵、高温熔盐流量计等关键技术环节面临“卡脖子”的情况，今后需通过技术创新和成本下降使其成为更具吸引力的替代能源选择。

除了对风电、光伏相关技术趋势的硬核分析，《展望》还对新能源的生态环境友好度、“风光+”应用场景、极端天气应对等领域进行了分析。钛媒体APP此前曾刊发专文解读过极端天气对我国经济的影响，指出极端天气往往会导致GDP走低，并对此后多个季度形成负面影响（如何应对极端天气是2024“稳增长”的重要一环），《展望》也指出，极端天气多发对可再生能源系统造成重大影响，形成气象风险，认为应加强风光发电预报技术的开发，重点在功率预测技术、数值天气预报技术这两个核心环节发力，以起到增强能源规划可靠性、优化可再生能源调度存储、降低成本提高收益的作用。（本文首发于钛媒体APP，作者｜胡珈萌，编辑｜刘洋雪）

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