第二節 可再生能源技術領先理論分析

一 技術領先理論

1．概念與特點

技術領先理論是指在可再生能源開發利用過程中，誰占據了技術優勢，誰就取得了開發利用的優勢。因此，要重視可再生能源技術的創新與擴散，進而實現技術領先，從這個意義上講，可再生能源的開發利用是典型的創新驅動。

技術領先理論的主要特點是：打破了傳統化石能源開發的資源屬性，更強調可再生能源開發利用的技術屬性。

傳統化石能源開發競爭的關鍵是資源優勢，哪個區域的化石能源資源豐富，哪個區域就在能源競爭中占據優勢，如山西、內蒙古的煤炭優勢，新疆及黑龍江的石油優勢等。近代世界歷史上的大部分戰爭都跟爭奪能源有關，如1870年德國的俾斯麥挑起普法戰爭，占領了阿爾薩斯—洛林地區，使德國成為歐洲最大經濟體，法國從此一蹶不振。而中東和北非的石油產區歷來都是一觸即發的戰爭火藥桶。

而太陽能、風能等可再生能源資源則是相對公平的，不需要掠奪他國。因此，以太陽能為代表的可再生能源的核心競爭方式與傳統能源不同，不是資源競爭，而是技術競爭，誰實現了技術領先，誰就掌握了能源。

例如，沙特阿拉伯為應對可再生能源資源開發利用障礙，提出的對策主要是：完善促進可再生能源技術的國家政策，加大人力資源開發——科學家、工程師、技術人員和市場營銷人員等，增強公共教育和意識，加快本土生產技術的開發。其中，人才、技術占據重要位置。

2．理論基礎

技術領先理論的理論基礎主要有兩點。

一是資源公平。由于太陽能、風能等多種可再生能源資源無處不在，大多數區域在資源方面基本處在同一起跑線上，真正享有特別優勢的區域并不多。在這種情勢下，要取得可再生能源開發利用優勢，關鍵是取得技術領先優勢。

可再生能源技術是一種新的技術經濟范式，決定可再生能源可持續發展的關鍵是可再生能源的生產服務效率，而不是金融資本。

二是成本優先。推動可再生能源開發利用的重要因素是降低成本，而技術創新與擴散是推動可再生能源成本降低的核心要素。技術降低成本主要通過兩條路徑實現：一是技術進步能有效降低設備與管理成本，從而快速降低價格；二是通過提高能源轉化率，從而間接降低生產成本。

當然，如果出現技術壟斷，成本降低反而不會很快實現，這就需要通過鼓勵市場競爭、擴大市場規模等途徑來進一步推動成本的降低。

二 可再生能源技術領先要素分析

對于一個國家來說，推動可再生能源技術領先需要重視四個關鍵要素。一是基礎研究。對于一個國家或整個可再生能源產業而言，沒有雄厚的基礎研究實力，就不可能出現持久的技術領先。二是技術方向選擇。可再生能源技術包含范圍非常廣，同一個研究領域，也有多種不同的路徑選擇，這就需要選擇出重點技術及發展方向。三是技術創新與技術擴散。當前，技術創新與擴散理論有著成熟的體系，可以充分為人所借鑒。四是結合技術選擇及其他要素，制定完善的技術發展路線圖，并完善保障機制與措施等（見圖2-4）。

1．可再生能源技術基礎研究

從國家及整個產業的層面而言，基礎研究推動技術領先。對少數科技實力雄厚的一線城市來說，其可以通過基礎研究來推動技術領先目標的實現。但對于大多數城市來說，在建設可再生能源城市過程中，則主要是通過企業的技術創新而非基礎研究來推動技術領先，當然，在這一過程中，也需要積極推進產學研的結合。

需要關注的是，由于現代產業化的專業化分工，在可再生能源基礎研究領域領先的城市，不一定是生產制造領先的城市；生產制造領先的城市，也不一定是開發利用可再生能源領先的城市。也就是說，建設以可再生能源開發利用為主的可再生能源城市對基礎研究的依賴并不強。這也意味著，基礎研究能力不強的中小城市，也有可能率先建成可再生能源城市。

2．可再生能源技術方向選擇

在推動可再生能源科技發展的過程中，只要科技發展方向及路線選擇準確，就能極大地減少科技發展的成本及時間。在選擇可再生能源技術的發展方向及重點時，需要重點選擇那些有潛力且能可持續發展的技術。從整個可再生能源領域來說，存儲與轉換技術、智慧技術、能源互聯網技術等屬于發展重點。

在評價一項可再生能源技術是否可持續時，不僅要考慮技術本身是否具備商業化的條件，而且需要考慮社會、經濟、環境等多方面的因素（見圖2-5）。依據對多種可再生能源技術潛力的評價，就能制定更加科學的可再生能源技術路線圖。

3．可再生能源技術創新與擴散

在可再生能源開發利用過程中，要實現技術領先，關鍵是要推動技術創新與擴散。就國家技術發展階段而言，中國整體尚處于技術創新的跟蹤發展階段，自主創新的有待加強、環境有待改善、氛圍有待提升。但在可再生能源技術方面，由于各國起步時間都差不多，國內外基本處在同一起跑線上，因此，可以把可再生能源技術作為中國實現技術自主創新訴求的重要實踐對象。

根據技術創新理論，任何一項新技術的在初期應用階段都存在成本高、風險大的問題。同化石能源相比，可再生能源的開發利用尚處于初期，規模化不足，成本自然較高，失敗的概率也較高。因此，整個領域應形成包容失敗、鼓勵創新的環境。

根據技術擴散理論，新技術的市場化都面臨很大的不確定性，需要重視技術中試及示范應用工作。在可再生能源示范城市建設階段，政府機構、公共機構要帶頭使用可再生能源技術及產品。

根據新增長理論，在開發利用可再生能源時，需要從制度層面形成研究和開發激勵機制、人才引進機制、技術和知識有效擴散機制，以實現可再生能源技術的趕超和跨越式發展。

同時，有些技術上的進步，可能在客觀上促進了資源的開發利用，但不利于環境保護和可持續發展，在推動可再生能源實現技術領先時，這種情況也需要引起關注。

制約可再生能源技術擴散的主要因素較多，相關研究成果也很豐富。有研究者研究了108個發展中國家可再生能源技術擴散后認為，經濟調控手段的實施、人均收入和教育水平的提高以及社會制度的穩定，有利于加速可再生能源技術的擴散。反之，增加的援助制度和戰略支持政策、項目，以及電力消費增長和高的化石燃料生產不利于可再生能源技術的擴散。此外，多樣化的能源組合增加了可再生能源技術被采用的概率。最后，該研究發現，《京都議定書》對可再生能源技術擴散的影響非常有限，也沒有證據表明，金融業的發展對可再生能源技術擴散產生了明顯影響。也有研究者認為，影響可再生能源技術擴散的因素既有宏觀因素，如全球氣候變化制定環境、國家政策環境及社會經濟發展水平、科技實力；也有微觀環境，如技術供給者因素、技術采用者因素，甚至養老訴求等對可再生能源技術的擴散都有影響（圖2-6）。

4．制定可再生能源技術路線圖

技術路線圖的種類有很多，在制定可再生能源技術路線圖時，應根據不同的對象及應用范圍，制定不同類型的可再生能源技術路線圖。

在可再生能源技術路線圖制定實踐方面，國際能源署（IEA）和各個國家，甚至企業，已經制定了大量的技術路線圖，有全球性的、國家級的、區域級的、城市級的、企業級的。例如，2014年12月16日，中國、丹麥可再生能源發展項目發布《中國可再生能源發展路線圖2050》研究報告。

這些技術路線圖大都有一些核心要素，如澳大利亞的清潔能源路線圖有三大支柱：提高可再生能源目標；增加清潔能源融資，帶動更多的私人投資；使清潔能源規劃更可行。

相關研究也有很多，例如，有學者專門研究了多種技術路線圖工具在可再生能源領域的應用，并對多種工具在制定可再生能源技術路線圖時的適用類型與范圍進行了分析（表2-1）。

專欄2-1 技術路線圖

技術路線圖（Technology Roadmap）最早出現于美國汽車行業，在20世紀七八十年代被摩托羅拉和康寧（Corning）用于公司管理，20世紀90年代末開始用于政府規劃。1987年，摩托羅拉的Charles H. Willyard和Cherry W. McClees發表在Research Management的文章Motorola's Technology Roadmap Process是該領域研究和應用的奠基之作。

技術路線圖在世界范圍內已經得到廣泛應用，但并沒有統一、規范的定義。美國定義的技術路線圖是特定領域愿景的未來延伸，該愿景集合了社會集體智慧和領域領袖的看法，是特定領域發展方向的地圖；英國定義的技術路線圖是特定領域利益相關人對發展方向、發展程序、發展能力和發展目標的認識；加拿大工業部提出技術路線圖是一個過程工具，幫助識別行業、部門、公司未來成功所需的關鍵的技術，以及獲得和發展的這些技術所需的項目或步驟；中國臺灣定義的技術路線圖是融合了理想、知識、企業與政府資源、投資與管控流程等的愿景圖。

技術路線圖的種類很多，根據其執行層次或規模可以分為公司層的技術路線圖、行業層的技術路線圖、計劃層的技術路線圖（Program-level Roadmapping）和項目層的技術路線圖（Project-level Roadmapping）；根據繪制過程的不同可以分為市場驅動的技術路線圖、技術驅動的技術路線圖和科學驅動的技術路線圖。

當然，根據技術路線圖的不同應用目的和構建方法，還存在其他的分類形式。如美國圣地亞納國家實驗室（Sandia National Laboratories）將技術路線圖分為三類：產品技術路線圖、問題導向的技術路線圖和新興技術路線圖。Radnor將技術路線圖分為：行業路線圖（如鋁工業路線圖、玻璃工業路線圖、半導體工業路線圖）、技術開發路線圖（如半導體技術路線圖、美國電子機器制造者協會的電子技術路線圖）、產品開發路線圖（如摩托羅拉產品路線圖）、產品技術發展路線圖（如朗訊產品技術路線圖）。Kostoff等學者還按照技術路線圖應用的領域及其目標將技術路線圖分為四類：科學技術路線圖、工業技術路線圖、公司產品技術路線圖和產品或證券管理路線圖。這些種類的技術路線圖真實地反映了技術路線圖的廣泛應用前景。

三 可再生能源技術建設重點領域分析

1．可再生能源轉換效率

可再生能源的密度較低，且不穩定，這給轉換效率的提升帶來了很大的困難，提升可再生能源的轉換效率應是可再生能源技術的重點攻堅方向。

下文以太陽能發電為例。

世界上已商業化并開始規模化推廣應用的太陽能發電技術主要有四種：硅基太陽電池、薄膜太陽電池、太陽能聚光光伏發電和太陽能聚光光熱發電。

目前，太陽能發電系統的價格一直居高不下，主要原因是太陽能密度低。太陽能照射到地面上的平均光強為1千瓦/平方米，當前，單晶硅的轉化率可達到23%，多晶硅可達到16%，薄膜太陽能只能達到8%。盡管硅基太陽能電池是目前光伏發電的主流，但晶體硅的提煉與加工成本較高，高耗能、環境污染等問題制約其發展。同時，薄膜太陽電池轉換率低，但弱光響應較好，成本相對硅基太陽電池低廉且發展迅速。聚光光伏發電技術則具有轉換效率高、成本低、環保等優勢。

美國麻省理工學院（MIT）的科學家最新研制出一套太陽能熱光伏發電（STPV）系統，系統內的一個高溫材料發出的熱會被光伏電池收集起來，因此新系統不僅能利用更多太陽光，而且有望使存儲太陽能變得更容易。傳統硅基光伏電池存在能源轉化效率方面的理論限制（肖克利-奎伊瑟極限），其光電轉化效率最高為33.7%。而幾年前興起的這種太陽能熱光伏發電系統“可以顯著提高效率，最理想的情況可能超過80%”。但這一理念在實驗過程中遇到了很多障礙，此前的STPV設備的轉化效率還不足1%，最新STPV設備的轉化效率為3.2%。研究人員表示，隨著研究的進一步進行，轉化效率有可能達到20%，屆時就能進行商業化生產了。

2．可再生能源存儲技術

目前，常見的存儲技術包括：抽水蓄能存儲（Pumped Hydro Storage）、壓縮空氣儲能（Compressed Air Energy Storage）、電池（Batteries）、超導磁儲能（Superconducting Magnetic Energy Storage）、氫存儲系統（Hydrogen Storage）、飛輪儲能（Flywheels）、電容器和超級電容器（Capacitors and Supercapacitors）。

不同的存儲技術適用于不同的可再生能源，沒有一種存儲技術適用于所有的可再生能源。而且，儲能技術的選擇需要綜合考慮容量、靈活度、響應時間以及成本效益的最優化等因素。

現有的儲能系統雖然種類多樣，但可投入使用并且有商業利用價值的只有少數。而且，這些儲能技術是集中式應用還是分散式應用，需要結合各自的投資額以及發展潛能等要素進行綜合比對后才能得出。儲能方案的選取也需結合各自的局限性、環境影響度、地勢需求、應用重點、投資復雜性以及效益等方面綜合考慮。

比如，為推廣電動汽車，一些國家開始重視研發電動汽車移動存儲技術——電動汽車充電寶技術。在充電樁等充電設施不完善的大城市，該技術具有極高的推廣價值。但在農村或小城鎮，車主大都有獨立住房，自行充電相對較容易，移動充電技術則難以推廣。

再以氫能為例分析可再生能源存儲與運輸技術面臨的巨大挑戰。

氫能的貯存技術與制氫技術同樣重要，必須在經濟和安全上可行。目前貯存氫能的技術主要有以下幾種。

一是高壓氣態儲存。這是最普通的貯氫方法，由于氫氣的密度小，在高壓的情況下才可用特制的鋼瓶貯存，貯氫通常需要1.5MPa以上的高壓，可以通過減壓閥控制氫氣排出和調節排氣量的大小。對于固定地點的大量貯氫，也可采用地下貯存的方式，如利用密封性好的氣穴、采空的油田或鹽窟等。這種方式只花費氫氣的壓縮費用而不需要對貯氫容器進行投資，可以大大降低貯氫的費用，比較經濟、安全。但是需要合適的地質、地理條件和良好的地下封口技術。

二是低溫液氫儲存（又稱深冷液化貯氫）。這是指在標準大氣壓下，將氫氣冷凍至-252.72℃，使其變為液體保存在特制的深冷杜瓦瓶（高度真空的絕熱容器）中。液態氫密度高、體積小，杜瓦瓶的容積可以達到5000立方米，但是造價昂貴，不能普遍使用。目前液態氫主要用做火箭燃料。

三是金屬氫化物貯氫。這是為了解決氫氣的貯存問題而提出的一種新型的貯氫方式。氫與氫化物之間可以進行可逆反應，當外界有熱量加給金屬氫化物時，它就分解為氫化金屬并放出氫氣。反之氫和氫化金屬構成氫化物時，氫就以固態的形式儲于其中。用來儲氫的氫化金屬大多為多種元素組成的合金。人們發現鈦、鈮、鎂等金屬及其合金，能像海綿吸水一樣將氫貯存起來，形成貯氫金屬，而且還可以根據需要隨時釋放出氫氣，大大地方便了氫氣的貯存、運送和使用。

其他貯存氫的方法還有納米碳管儲氫、有機化合物儲氫、碳凝膠儲氫、玻璃微球儲氫、配位氫化物儲氫等。

氫運輸主要運輸四種狀態的氫：低壓氫氣、高壓氫氣、液氫和固態氫（金屬氫化物儲氫和有機氫化物儲氫等）。運輸技術主要有管道運輸、機動車運輸、船運。選擇何種運輸方式基于以下四點綜合考慮：運輸過程的能量效率、氫的運輸量、運輸過程氫的損耗、運輸里程。

液氫運輸的能量效率高，但是僅液化過程就消耗1/3的氫能量，同時還存在控制氫氣蒸發和運輸設備絕緣的復雜技術要求。可見，液氫只適合于短途運輸。

采用船運或卡車運輸氫氣目前最為常見，但運輸的量非常有限：對于20MPa壓縮氫氣，運輸500kg氫需要40t的卡車。

低壓氫氣的管道運輸在歐洲和美國已有70多年的歷史。1938年，位于德國萊茵—魯爾工業區的HULL化工廠建立了世界上第一條輸氫管道，全長208公里。在美國，管道輸氫的能量損失約為4%，低于電力輸送的電力損失（8%）。實際上，目前的天然氣管道也可用來輸送氫氣。值得注意的是，使用含碳量低的材料來制造管道，并加強維護，可以減少氫脆現象（金屬由于吸氫引起韌性或延性下降的現象）導致的氫氣逃逸。對于大規模集中制氫和長距離輸氫來說，管道運輸是最合適的。

固態氫運輸容易，不存在氫的逃逸問題，但目前固態氫的能量密度小，運輸的能量效率相對較低。

3．可再生能源轉換技術

可再生能源轉換主要是指將風能、太陽能、生物質能、水能、地熱能、潮汐能等一次能源轉變成電力、熱力、燃料等二次能源，及把二次能源再變成其他類型的能源，如把電能轉變成氫能，也包括少量一次能源形態的轉變，如把農林廢棄物轉變成生物質固體顆粒。

轉換的目的主要有兩個：一是便于存儲；二是便于運輸。存儲與轉換技術是相輔相成的，都是應對可再生能源資源缺點的關鍵技術。在很多時候，存儲技術與轉換技術是緊密結合在一起的，甚至是合二為一的。

在城市中，存儲、轉換技術也有著廣闊的應用空間，例如，如果太陽能玻璃技術獲得突破，每座大型建筑都具備成為一個小型光伏發電廠的潛力。

這里還以氫能技術為例，分析存儲與轉換技術在可再生能源開發利用中的作用。目前，在氫能的存儲與轉換方面，出現了多個技術路徑。

（1）水電解技術。全球氫能技術公司Proton OnSite研究后認為，儲存大規模、持續的可再生能源最靈活可行的辦法就是水電解技術。其基本運作原理是：用可再生能源產生的過剩電力通過質子交換膜（PEM）電解器技術將水分子中的氫、氧分子分離儲存起來。氫是相當靈活的能源媒介，并且目前也廣泛用于生產油氣的技術里。目前該技術遇到的阻礙是如何擴大氫氣發生器規模來滿足不斷增長的可再生能源電力產業需求。

（2）甲烷路徑。菲斯曼集團旗下的MicrobEnergy公司通過技術創新，實現了利用電轉氣技術把多余的風能和太陽能轉換成甲烷中的能量。電轉氣的工作原理可大致概括如下：過量的電流通過電解水轉化成氫氣和氧氣，隨后就是所謂的甲烷化，在這個過程中氫氣和二氧化碳合成甲烷。工業過程、周圍空氣以及沼氣裝置中的二氧化碳都可以被利用。“在這種可再生能源存儲及轉換過程中，重視了碳循環集成技術。”

（3）氫燃料電池。燃料電池的發電效率可以達到50%，這是由燃料電池的轉換性質決定的，其直接將化學能轉換為電能，不需要經過熱能和機械能（發電機）的中間變換。

20世紀60年代，氫燃料電池就已經成功地應用于航天領域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船上就安裝了這種體積小、容量大的裝置。進入20世紀70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進的制氫技術，氫燃料電池也開始被運用于發電和汽車。近年來，各大汽車廠商紛紛進軍氫燃料電池汽車市場。例如，英國政府公布了1100萬英鎊氫基礎設施計劃，用于推動氫燃料電池汽車的發展。

（4）太陽照射加溫產生氫能路徑。杜克大學最新研發的是一種可鋪設在屋頂的太陽能制氫系統。在屋頂上安裝盛有水和甲醇混合物的真空管，通過太陽照射加溫從而產生氫能。這種真空管表層涂有鋁和氧化鋁，部分真空管中還填充有起催化作用的納米顆粒。新技術的效能明顯高于現有技術，且制成的氫能沒有雜質。所產生的氫能可以儲存起來，同時也可以為燃料電池提供能量。

專欄2-2 挪威的于特西拉島：建造世界上第一座風能-氫能發電站

于特西拉（挪威語：Utsira）是挪威的一個自治區，位于羅加蘭郡。于特西拉島是一個有240個居民、100個家庭的島嶼。

于特西拉島有極好的風力條件，挪威在這里建造了世界上第一座風能-氫能發電站。

風能-氫能發電站是由電解槽、風渦輸機、變壓器、控制系統、氫氣儲存系統、飛輸、燃料電池、氫ICE發電機組成的。

于特西拉風能-氫能發電站利用島上的天然風力使風渦輸機運行，在極好的風力條件下，風渦輸機生產的電就足以供給整個島。但在自然條件不能滿足的情況下，如暴風雨或無風時，風渦輸機不能運轉。在這種情況下的應對措施如下。

（1）利用正常的主風，風渦輸機為家庭和電解槽生產足夠的電力，電解槽利用電力生產氫氣，把氫加壓并儲存在壓力容器中，以備以后按要求生產電力。

（2）當風太大或太小時，風渦輸機仍不能正常運行。這時就把儲存起來的氫氣通過氫ICE發電機和燃料電池轉換成電能，以滿足要求。

（3）雖然有些風，但不能滿足要求，風渦輸機仍不能正常運行。這時風渦輸機是由氫ICE發電機和燃料電池支持生產，而飛輸設備和主同步機將把穩定的電力供給用戶。

（4）如果剩余的電力超出用戶和電解槽的用電要求，可把剩余的電力在電力市場上銷售。只有一臺風渦輸機為電力市場生產。在設備出現故障的情況下，發電站可與原來的電網連接，也會得到正常的用電。

世界上第一座加氫站和風能-氫能發電站已展現在世人的面前，這再次證明了氫能成為21世紀新能源的潛力。

4．多能互補技術

近年來，無論是在國內還是在國外，多能互補技術都屬于可再生能源開發利用技術領域的重點研究方向之一，在實踐方面，也出現了諸多方式。

在歐洲，與太陽能結合使用較多的其他能源是生物質能。丹麥在大型太陽能與生物質能聯合應用方面取得了豐富的經驗，丹麥在1988～2006年建成的所有太陽能供熱廠都是同生物質能聯合興建的，這種能源利用方式受到了丹麥政府的大力支持，最好的證明就是所有太陽能與生物質能聯合興建的供熱工廠都可以從政府得到補貼。丹麥1998年開始運行的4900平方米的RiskPing項目和2001年開始運行的3575平方米的Rise項目，都是太陽能與燃木屑鍋爐結合使用的項目。另外，瑞典在太陽能與生物質能結合方面經驗也較豐富，這從其1989年開始運行的5500平方米的Falkcnberg項目和2000年開始運行的10000平方米的Kunglv項目可以看出，這兩個項目都是由太陽能與燃木屑鍋爐聯合供熱。

此外還有多種模式，如常見的風光互補等，也有一些比較新的路徑，例如，德國勃蘭登堡州建成了世界上第一座用氫能源作為電力存儲中介的混合能源試點電站。這座電站位于勃蘭登堡州普倫茨勞市郊，由德國Enertrag公司與法國道達爾公司以及瑞典大瀑布電力公司合作建成。主體建筑由一座氫能源電解存儲站和一座生物質能電熱站組成。盡管從理論上說，氫燃料可以直接用于發電，但由于氫燃料發動機技術要求較高，目前該混合動力電站采用氫氣和沼氣混合燃燒發動機。為此，氫能源電解存儲站旁邊建起了一座生物質能熱電站。熱電站使用農作物秸稈等生物原料，通過發酵產生沼氣（同樣是不含氮、硫等污染物的清潔能源）。沼氣與電解出來的氫氣混合燃燒，通過熱電機組，產生電能和熱能。電能直接輸入電網，成為穩定的供電系統。熱能一部分用于維持沼氣站自身的發酵，另一部分輸入附近市鎮的供暖系統。

對于我國來說，由于我國的太陽能熱水器最開始是在農村使用，市場也主要是在農村，主要用途是用于提供熱水，與太陽能熱水系統互補使用的其他能源主要是電能。但是，近幾年來，隨著太陽能熱利用技術的進步，太陽能供熱系統開始走進城市，并且隨著太陽能應用向工農業領域擴展以及南方采暖需求的日益加強，單獨使用太陽能已不能滿足用熱需求，太陽能與熱泵、燃氣、電、生物質能等能源互補使用也日益普遍。

一些大的太陽能熱利用行業除在太陽能熱利用產品方面保持穩定的投入外，在空氣源熱泵、燃氣鍋爐等輔助系統方面也投入了較大精力，如太陽雨、桑樂、四季沐歌、清華陽光等都專門成立空氣源熱泵研究部門，并有空氣源熱泵產品生產；桑普生產的燃氣鍋爐產品不僅能單獨使用，還能與太陽能熱水系統聯合起來使用，而皇明、力諾瑞特、華揚、萬和則都有專門的多能互補系統或者多能互補解決方案。一些配套企業，也都生產多能互補相關產品，例如，邁能高科多能源集成搪瓷儲熱水箱、創意博和杰奧生產的控制系統，都適用于多能互補。

隨著多能互補趨勢的不斷加強，一些集成配套產品也逐漸出現在市場上，目前，有些集成配套產品可以直接應用于多能互補方案，但有些集成配套產品只能為多能互補集成產品研發提供設計思路。

2011年12月25日，國家風光儲輸示范工程在河北省張北縣建成投產。這是我國首個也是目前世界上規模最大的，風力發電、太陽能光伏發電、儲能和智能輸電“四位一體”的可再生能源綜合利用工程。

2015年，上海崇明島建成了多能互補等效電廠示范工程，其整體裝機容量相當于630兆瓦的常規發電機組。崇明島的風力、光伏等可再生能源也將不再是電網消納困難的“垃圾能源”，而將成為真正的綠色資源。

浙江省舟山市摘箬山島上將建設總輸出功率大于5兆瓦的海流能發電、風力發電、光伏發電、儲能等多能互補的海島可再生能源混合互補發電示范系統。

我國多能互補目前處于起步階段，在發展過程中主要存在以下問題。

一是在認識上存在誤區。太陽能熱利用工程設計人員指出，所謂的互補和節能，不是一定要保證太陽能利用達到多少比例，而是整個系統的合理性設計、能源的充分利用。而我們國家很多系統都要求太陽能貢獻率達到70%才算節能，這是不科學的。在歐洲的一些太陽能與其他能源互補項目中，很多項目太陽能貢獻率都沒有達到70%。

二是能源搭配不合理。以太陽能與空氣源熱泵互補系統為例，在通常情況下，都是太陽能作為主要熱源，空氣源熱泵作為輔助熱源，但是在一些大的工程項目中，很多設計人員利用招標方不懂太陽能熱利用這一點，在安裝中將空氣源熱泵作為主要熱源，太陽能作為輔助能源。雖然用戶最終能用到熱水，但是經濟效益和節能效益方面大打折扣。雖然市場上空氣源熱泵系統的價格比太陽能熱水系統的價格要昂貴一些，但是在實際工程項目中，工程量越大，空氣源熱泵系統越便宜，因此，很多安裝方就大量安裝空氣源熱泵系統。但是用戶使用過程中產生的費用比原來設計的費用要高很多。

三是系統使用效率不高。以太陽能與電輔助加熱系統為例，很多太陽能與電輔助加熱系統中太陽能的使用效率都不高，更多的是用電進行輔助加熱。而太陽能與熱泵、燃氣、生物質能等相結合使用的系統也存在相同的問題。

5．智慧型可再生能源技術

智慧技術是指將計算機、信息網絡和人工智慧及物聯網、云計算等技術融合在一起，以形成機器“智慧”的綜合技術。智慧技術的核心是用計算機（云計算）來模擬人在各個過程中的智力活動（如分析、推理、判斷、構思和決策），從而擴大、延伸和部分替代人類的腦力勞動，實現知識密集型生產和決策自動化。

從智慧電網到智慧交通、智慧建筑，智慧技術可以被廣泛應用在可再生能源的供給與消費領域。特別是在應對可再生能源資源分散、供給不穩定等缺點方面，智慧技術有著更大的價值。

在提高可再生能源利用效率方面，智慧技術也有著廣闊的應用空間。目前，智慧技術在可再生能源領域應用的熱點是構建智慧能源系統。智慧能源系統是一種以冷熱量平衡為核心，整合地熱能、太陽能、空氣能、水能、天然氣、城市自來水、污水、工業廢水廢熱等多種可再生能源，運用冷熱回收、蓄能、熱平衡、智能控制等新技術對各種能量流進行智能平衡控制，達到能源的循環往復利用，一體化滿足制冷采暖、熱水、冷藏冷凍、烘干加熱、養殖種植、除雪化冰、蒸汽、發電等多種需求的系統設備，有利于充分提高能源的利用效率。

6．可再生能源互聯網技術

第三次工業革命的標志是什么？不同的專家有不同的見解。但結合對前兩次工業革命的特征分析，以及當前“互聯網+”的時代背景，多數經濟學家較為統一的認識是，互聯網和可再生能源結合，形成新能源互聯網，這就是第三次工業革命的標志。

能源互聯網的最根本目的是最大限度地消納可再生能源。能源互聯網不是簡單的電氣互聯、擴建電網，而是利用信息技術整合社會資源、實現共享經濟，促進電源、電網、負荷和儲能協調優化，最大限度地消納可再生能源，這也是判斷能源互聯網是否成功的基本標準。未來以能源互聯網為平臺，通過創新社會資源的利用方式，優化需求側管理，可以產生良好的節能減排的效果。以電動汽車代表的社會儲能資源為例，其既可以作為交通工具，又可以作為一個獨立的運營實體，為電網提供需求側服務，幫助風電等可再生能源削峰填谷，只要有1000萬輛電動汽車，就相當于系統擁有了上億千瓦的可調容量，可以實現可再生能源和用電負荷的無縫連接。而且，能源互聯網技術的進步和發展可能會超越我們的認識，未來的負荷將可以實現定向消費，大大增加可再生能源電量需求，為可再生能源提供廣闊的發展空間。

如同網絡的快速推廣依賴搜狐、新浪、淘寶等平臺一樣，在能源互聯網的發展過程中，平臺公司是關鍵。“對于能源互聯網而言，今天只是早期，大家仍處于一種非常同質化能量密度比較低的狀態，所有人都在朝內核演進，都想變成星云，變成平臺。未來能源互聯網真正形成的一個關鍵標志是，有這么幾家像大的星云和恒星系一樣的平臺級的公司。”

到2050年，要實現全球清潔能源比重達到80%的目標，就需要構建全球能源互聯網。目前，世界上一些國家已經開始這方面的工作。例如，中國國家電網公司將構建全球能源互聯網，推進“清潔替代”和“電能替代”，并將于2050年基本完成，累計投資預計超過50萬億美元。國家電網公司構建全球能源互聯網的步驟是：先是在各國實現其國內互聯，繼而在各大洲之間實現互聯，最終實現各大洲之間的互聯。屆時，全球能源互聯網作為世界最大的能源配置系統，可破解化石能源資源枯竭和技術開發困局。

四 可再生能源產業作為新興產業的科技創新困境分析

熊彼特（J.A.Schumpeter）在其1912年著的《經濟發展理論》中指出，創新是指把一種從來沒有過的關于生產要素的“新組合”引入生產體系。這種新的組合包括：引進新產品；引用新技術，采用一種新的生產方法；開辟新的市場（以前不曾進入）；控制原材料新的來源，不管這種來源是已經存在的，還是第一次創造出來的；創建任何一種工業新的組織，例如生成一種壟斷地位或打破一種壟斷地位。

也就是說，科技創新是一個從新產品或新工藝的設想產生到市場應用的完整過程，它包括從新設想的產生、研究、開發、商業化生產到擴散等一系列過程，而新興產業在這些方面都面臨較大的困境。

在科技研發階段，由于新興產業的技術剛出現不久，知識儲備、科技成果儲備、人才儲備都面臨嚴重不足的問題，特別是基礎研究體系，這不是短期內能建構完成的。

在商業化生產及產品市場化階段，由于市場認可度不高以及成本相對較高，新興產業的技術及產品往往缺乏市場競爭力，處于市場失靈狀態，短期內難以推動大規模技術擴散。反過來，正是由于無法通過市場獲得新興產業科技創新所急需的資金，新興產業的科技創新往往面臨比傳統產業更大的挑戰。

近年來，我國可再生能源科技取得了長足的進步，但科技自主創新能力依然不足。由于缺少自主創新能力，雖然研究開發投入和專利不少，但是大都是外圍技術和非核心技術。因此，我們往往只能制造一些配套設備，核心技術和關鍵設備還要依靠進口，技術水平和生產能力與國外差距較大。例如，在太陽能光伏電池和風能設備制造領域，通過引進技術消化吸收，我國已經基本實現了風能設備和太陽能光伏電池制造國產化，但因沒有掌握核心技術，與國際先進水平相比，國產設備和裝置的能源轉化效率較低。

導致我國可再生能源科技創新能力不足的因素主要有以下幾點。

一是化石能源的排斥因素。由于長期的經營與建設，我國化石能源產業形成了完整的體系，具有很強的市場競爭力，這決定了利用可再生能源等新能源替代化石能源、推動能源結構轉型是一個緩慢的過程。在化石能源價格高漲的時期，人們普遍樂觀地估計，到2020年前后，可再生能源將具有市場競爭力。但近幾年，石油、煤炭等化石能源價格大幅度下跌，這使可再生能源取得價格優勢的時間持續押后。沒有成本競爭優勢，自然也缺乏進行科技創新的動力。

二是資金因素。可再生能源的科技創新需要大量的資金投入，政府的研發投入遠遠不能滿足需求。但作為新興產業，可再生能源產業的盈利前景并不明朗，這導致社會資金缺乏進入的積極性，籌資困難是普遍存在的一大難題。沒有多領域社會資金的進入，沒有行之有效的投融資機制，可再生能源領域的科技創新自然也受到很大限制。

三是市場排斥因素。一種新的可再生能源技術在進入市場的過程中，市場的接受度對其科技創新具有決定性的影響。原因就在于市場規模不足將嚴重影響相關企業及機構進行科技創新的積極性，反過來，沒有科技創新，成本將居高不下，繼而影響市場接受度，這使可再生能源技術在科技創新與市場方面陷入一個“是先有雞，還是先有蛋”的循環悖論。

一般來說，導致新技術被排斥的因素是多方面的，如市場機制不完善、需求缺乏、技術不成熟、調查不足、由公司控制市場、網絡不完善、溝通性差、錯誤地指導未來市場、立法失敗、教育系統的失敗、扭曲的資本市場、落后的組織和政治管制等。

四是技術積累與壟斷因素。國外大規模的可再生能源產業通常有20～30年時間的技術積累和企業發展經驗，而我國近年來可再生能源產業的快速發展是建立在國內外資金大量投入和技術引進的基礎上，缺乏長期的基礎性技術研發作為后盾，導致相關技術不成熟、核心技術缺乏。

國外可再生能源先進技術的擁有者通過國際性的技術壟斷，增強了對可再生能源技術和產品市場的控制力，從而在市場競爭中獲取高額的壟斷利潤。發達國家采取的壟斷模式主要有以下幾種：嚴格的知識產權保護、高技術出口管制、貿易中的技術壁壘、跨國公司。

五是行政干預因素。在阻礙可再生能源技術發展的眾多因素中，來自體制、機制方面的約束比技術問題和經濟成本問題更難解決。傳統化石能源盡管存在環境污染問題，但在一些地方屬于主導產業或支柱產業，為確保當地經濟發展目標的實現，以及減少失業，維護當地穩定，一些地方政府往往以犧牲可再生能源產業為代價。

各種技術障礙幾乎都可以利用現有科學技術加以解決，經濟成本問題也將隨著體制、機制的改善而得到解決，但行政干預問題非常復雜。一方面，可再生能源產業處于發展初期，市場競爭能力弱，國內外的經驗表明，政府的支持、激勵是加速其發展的關鍵因素，也就是說，可再生能源產業的發展離不開行政干預。但另一方面，一些地方政府出于經濟、社會等因素的考慮又傾向于支持化石能源產業，而對于可再生能源主要是進行面子工程、形象工程建設。這就使行政干預成了一個矛盾的因素，天堂或地獄更多地集中在當地政府的一念之間，這對可再生能源產業發展及科技創新是非常不利的。

六是鄰避現象。在可再生能源技術推廣過程中，鄰避現象將長期存在，這將導致可再生能源產業發展及科技創新都面臨較大的壓力。

七是研究開發與產業脫離因素。目前，我國可再生能源技術的研究開發以政府投入為主，大部分國家科技計劃項目由大學與科研院所承擔。然而，“在中國，尤其是在高校和科研院所，單位間合作研發的發展狀況并不樂觀。科研人員往往各自為政，即使參加研究團隊，也多是以師徒形式進行科研活動。研究人員過于分散，勢必導致彼此間交流不足，這會導致研發資源的浪費，研發成果質量難以提高”。在可再生能源科技創新方面也是如此，基礎研究成果并不少，但轉化能力較弱，應用相對滯后。

八是社會發展水平及環境因素。我們當前所處時代的發展水平，人們的觀念、思維習慣及生活習慣等因素都對可再生能源的科技創新有影響。

導致我國可再生能源科技創新能力不足的因素還有其他一些，如人才問題、知識產權問題、政策問題、科技創新管理問題、觀念問題等。

“缺乏從事新能源研發、新能源業務的專業技術和管理人才及吸引人才、防止專業技術人員流失的措施；缺乏健全的知識產權保護；原有技術儲備薄弱，沒有形成完備的新能源技術研發與裝備制造體系，技術管理水平不高；對新能源及新能源技術戰略重要性認識的不足；本地企業過度依賴引進現成技術，消化吸收投入嚴重不足，妨礙了技術擴散效應的發生，等等。”

“一是國家的新能源戰略目標不明確，政策不穩定，一些研究項目上馬又下馬；二是沒有形成完整的研究開發與示范、推廣相結合的體系。由于資源分割，基礎研究與成果轉化脫節，研究開發與試驗示范脫節，技術引進與消化吸收脫節，已有的研究成果和專利沒能及時得到應用；由于缺少中試資金，有些新產品沒有經過嚴格的試驗考核就批量用于工程；三是缺少共性技術聯合研究與利益分享機制，導致一些具有共性的研究項目低水平分散重復，造成資源浪費。”

推動新興產業的科技創新，需要從多個角度著手，其中，關鍵路徑有四個方面。一是抓住關鍵因素，提升新興產業的市場競爭力及提高政策支持力度是吸引社會參與該產業科技創新的關鍵因素。二是著力面要廣，跳出科技領域本身來推動科技創新。提升一個新興產業的科技創新能力，需要有利的大環境，而不應局限于科技本身。三是在技術及產品擴散方面，提高社會各界的認知度及接受意愿，并為社會各界接受新技術及產品提供便利。四是結合新興產業替代相關傳統產業的規模及速度，制定科學合理的科技戰略及技術路線圖。

結合當前可再生能源開發利用的實際情況，推動該領域的科技創新，要重視從以下一些方面著手。

一是國家加大對基礎研究的資助力度，通過技術進步來降低成本。在可再生能源沒有取得市場競爭力之前，社會資本一般不愿意在科技創新方面有過多的投入，這就需要國家在這方面加大投入力度。投入既包括科研活動及設備方面的投入，又包括人才隊伍培養方面的投入。當然，基礎研究也要重視產學研的密切結合。

二是通過降低成本提升市場競爭力來推動科技創新。可再生能源開發成本的降低能提高其市場競爭力，進而有利于激勵可再生能源領域的科技創新。因此，重視利用政策、市場等多種手段降低可再生能源技術及產品的成本，提高自身的競爭力，是推動技術創新及技術擴散的長久之計。

降低可再生能源技術及產品的成本，需要重視以下幾個方面。一是在建設及產品方面進行補貼。可再生能源的開發利用需要較大的初始投入，這也是導致其成本居高不下的重要因素。政府補貼是降低成本的重要因素，但不是萬能因素。目前，我國的相關補貼已從設施建設逐步轉移到產品的推廣應用方面。比如，在太陽能發電方面，已從補貼光伏發電廠建設（騙補現象嚴重）轉移到電價補貼方面。未來，將逐步減少補貼，以提升可再生能源產業自身的競爭力。二是發揮規模效益。規模化生產與走向市場是降低技術成本的另一重要路徑。近年來，可再生能源開發利用規模的擴大在很大程度上分擔了相關科技創新的成本，可再生能源設備的價格也隨之呈快速下降態勢。

三是重視技術的選擇與可持續性評價。避免技術被市場排斥，關鍵是技術本身過硬，同時，也符合同時期市場的需求與特點，早了不行，晚了更不行，因此，要重視技術的選擇與可持續性評價。當然，有效的營銷及市場推廣也是重要因素。

四是重視技術的實際應用試驗。實踐出真知，沒有經過具體實踐的技術很難發展與完善。但使用者一般不愿意使用尚不成熟的技術，這就需要選擇少數典型區域，作為新技術推廣應用的示范。

丹麥小島洛蘭島（Lolland）不僅分布著456臺大型風車，還擁有其他多種可再生能源項目。比如，因為風力資源異常豐富，如何把多余的風電產量轉化或貯藏起來，成為洛蘭島人關注的問題。2007年5月，該島開始嘗試“氫動力社區”的解決方案，這也是歐盟地區內一項首次嘗試，該技術是以多余的風能為基礎，可以在夜晚（用電低谷時段）通過風力完成水中的氫氧分離，將能量儲存起來，到了白天，通過電解反應，反向提供電力，這不僅使社區電力自給，還能反過來向國家電網供應電力。

洛蘭島是各種可再生能源技術的“大實驗場”。除了風電場、“氫動力社區”，洛蘭島還擁有第二代生物乙醇（海藻）燃料實驗室、零碳排放的地區供熱系統、水電等清潔能源項目，不一而足。現在，洛蘭島已經做到100%電力自給，同時還能外銷同樣數量的電力，并實現了75%的熱力自給。