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以目前全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度計(jì)算，包括石油資源在內(nèi)的傳統(tǒng)資源已很難滿足人類發(fā)展的長(zhǎng)期需求。因此，開發(fā)新能源，尤其是可再生能源和對(duì)環(huán)境無(wú)害的能源，走一條可持續(xù)發(fā)展的道路，已成為人類發(fā)展中的緊迫課題。現(xiàn)今主要的新能源有太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒉ɡ四芎蜌淠艿龋渲械奶?yáng)能和氫能在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模和發(fā)展速度方面都位居前列，許多發(fā)達(dá)國(guó)家也投入大量研究與開發(fā)資金，力求掌握領(lǐng)先技術(shù)，并促進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力。
一、太陽(yáng)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展
國(guó)際能源機(jī)構(gòu)光發(fā)電項(xiàng)目委員會(huì)副執(zhí)行主席哈里·沙普指出，過(guò)去１０年里，世界各國(guó)對(duì)包括太陽(yáng)能在內(nèi)的可再生能源的興趣日益濃厚，他認(rèn)為太陽(yáng)能光電系統(tǒng)能為世界能源工業(yè)注入新的活力。美國(guó)、日本、德國(guó)紛紛加大投資研發(fā)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)品。中國(guó)、韓國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家也將注意力轉(zhuǎn)向這一嶄新的能源領(lǐng)域，并開始實(shí)施針對(duì)農(nóng)村地區(qū)的太陽(yáng)能發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。沙普認(rèn)為，太陽(yáng)能利用將成為本世紀(jì)最流行的產(chǎn)業(yè)之一。
太陽(yáng)能利用主要分為兩類，一是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能，稱之為太陽(yáng)能光伏技術(shù)；另一類是把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，屬于太陽(yáng)能熱利用。
（一）光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體概況
1.全球產(chǎn)量
2002年，全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)520MW,日本以244MW的產(chǎn)量依舊排在首位，而歐洲首次超過(guò)美國(guó)，位列第二。
根據(jù)Fuji Chimera的統(tǒng)計(jì)資料顯示，2001年太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到15億美元（約相當(dāng)于600百萬(wàn)瓦），并且預(yù)估2005年全球太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)規(guī)模將成長(zhǎng)八成至超過(guò)27億美元（約相當(dāng)于1350百萬(wàn)瓦），美國(guó)太陽(yáng)光電工業(yè)協(xié)會(huì)則預(yù)計(jì)一直到2020年前太陽(yáng)能光電應(yīng)用市場(chǎng)將以每年15～25％的速度成長(zhǎng)。
2. 光伏電池的應(yīng)用
（1）目前光伏電池的應(yīng)用領(lǐng)域
目前太陽(yáng)能電池的使用范圍可約略分為下列幾類：①家用發(fā)電系統(tǒng)。②農(nóng)業(yè)灌溉及抽水等動(dòng)力系統(tǒng)。③交通：電動(dòng)車、充電系統(tǒng)、道路照明系統(tǒng)、交通號(hào)志、電子式公車站牌、海上燈塔等。④電訊及通訊：無(wú)線電力、無(wú)線通訊備載電力。⑤戶外定位監(jiān)視系統(tǒng)等。
（2）全球安裝量繼續(xù)增加
2002年，日本以636.8MW的累計(jì)安裝量繼續(xù)排名第一，其次是德國(guó)和美國(guó)，分別為277.3MW和212.2MW。據(jù)報(bào)道，日本國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)市場(chǎng)增長(zhǎng)速度已經(jīng)放慢，但是在歐洲、北美和中國(guó)的市場(chǎng)上需求劇增。
（3）政府政策成為推動(dòng)市場(chǎng)成長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?
現(xiàn)今全球光伏市場(chǎng)以日本、德國(guó)、美國(guó)為主，主要是因?yàn)檎叽罅χС旨彝ヅd建太陽(yáng)能電板屋頂，以日本市場(chǎng)為例，1997年起日本政府支持興建每戶3千瓦的太陽(yáng)能屋頂，但是由于太陽(yáng)能發(fā)電的成本比一般電價(jià)貴3倍，所以日本政府補(bǔ)助1/3的費(fèi)用，加上以太陽(yáng)能電板取代原本屋頂建材成本也可以省去約1/3，這樣一來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電的成本便接近一般發(fā)電的成本，另外，透過(guò)市電并聯(lián)型太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)，可使得當(dāng)太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能有剩余時(shí)，剩余電力可透過(guò)電網(wǎng)回售電力公司，而若太陽(yáng)能發(fā)電不足時(shí)則向電力公司購(gòu)電，透過(guò)這種機(jī)制來(lái)增加一般家庭裝置太陽(yáng)能電板的意愿，預(yù)期若這種機(jī)制可以順利推廣，太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)將有一波新的成長(zhǎng)動(dòng)力。至于德國(guó)則是在2001年3月通過(guò)新能源法，政府以一般電價(jià)的3～4倍價(jià)格收購(gòu)太陽(yáng)能發(fā)電以鼓勵(lì)環(huán)保電源的推廣；另外美國(guó)加州也在政府的支持之下成為成長(zhǎng)快速的市場(chǎng)；而我國(guó)的西北地區(qū)也因?yàn)榈貜V人稀之下興建電廠成本反比太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)得高，也逐漸成為使用太陽(yáng)能發(fā)電的地區(qū)，不過(guò)由于每戶僅用10～20瓦，所以量并不大，我國(guó)更在2002年起對(duì)于太陽(yáng)能板采取零關(guān)稅的措施，都將促成太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外歷屆奧運(yùn)城市對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電也都有推廣的行動(dòng)。
（4）多晶體硅單位發(fā)電成本較低，成為市場(chǎng)主流
目前太陽(yáng)能電池依不同的基板材料可以分為非晶體硅、復(fù)合物、晶體硅三大類，其中非晶體硅的太陽(yáng)能電池由于轉(zhuǎn)換效率低、老化率高，主要用于室內(nèi)的消費(fèi)性電子產(chǎn)品如計(jì)算器等，而復(fù)合物主要是以碲化鎘為主，在生產(chǎn)技術(shù)不成熟之下成本較高成長(zhǎng)有限；晶體硅目前約占太陽(yáng)能電池市場(chǎng)85％的比重，由于轉(zhuǎn)換效率高、老化率低、壽命長(zhǎng)（30年），產(chǎn)品為市場(chǎng)主流，其中又可分為單晶硅與多晶硅兩種，由于單晶硅產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率較高，所以雖然成本以多晶硅較低，但是早期市場(chǎng)產(chǎn)品仍以單晶硅為主，不過(guò)近年來(lái)在制程、技術(shù)的改良之下，多晶硅的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以拉高到13～17％并且量產(chǎn)，在單位發(fā)電成本較低的情況下，已有取代單晶硅產(chǎn)品的趨勢(shì)，過(guò)去五年多晶硅太陽(yáng)能的電池產(chǎn)量平均年成長(zhǎng)率都有30％以上，且每年成長(zhǎng)率皆大于單晶硅，市場(chǎng)產(chǎn)量也在1998年正式超過(guò)單晶硅產(chǎn)品成為市場(chǎng)主流。
（二）全球投入大量研發(fā)資金
許多國(guó)家都對(duì)光伏技術(shù)的研發(fā)投入了大量資金，其中日本最多，2002年日本的光伏研發(fā)投入達(dá)2.8億美元，排在第二位的是美國(guó)，達(dá)1.146億美元。
（三）光伏技術(shù)進(jìn)展
太陽(yáng)能作為一種清潔的、沒(méi)有任何污染的能源越來(lái)越受到和引起世界各國(guó)的關(guān)注和極大的興趣。各種光電轉(zhuǎn)化效率高而且器件制作成本低廉的薄膜太陽(yáng)能電池呼之欲出。
單晶硅太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換效率得到很大的提高，最高的達(dá)到24％，這是目前所有種類的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍應(yīng)用；多晶硅太陽(yáng)能電池地制作成本比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短；硅基薄膜太陽(yáng)能電池在使用時(shí)，也發(fā)現(xiàn)有較為嚴(yán)重的光輻射引致性能衰退效應(yīng)（簡(jiǎn)稱SWE效應(yīng)），到目前產(chǎn)品穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換效率為11～13％。
二、燃料電池產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與展望
燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量，將其直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｓ捎谒揽咳剂系幕瘜W(xué)反應(yīng)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)變成為電能輸出，故被稱為燃料電池。具體講，燃料電池是一種利用水的電解逆反應(yīng)的“發(fā)電機(jī)”。
燃料電池是一種清潔的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、污染小、選址能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，即適用于集中式及分散式發(fā)電系統(tǒng)，也可作為車輛動(dòng)力系統(tǒng)或手機(jī)、筆記本電腦等小型可攜式電力系統(tǒng)。燃料電池的研究與應(yīng)用已引起了國(guó)家與產(chǎn)業(yè)界的高度重視，一些國(guó)家不僅把燃料電池確定為必須發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，還期待形成新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力。
（一） 全球燃料電池產(chǎn)業(yè)的總體概況
2002年，全球燃料電池發(fā)電能力約為45MW（45000萬(wàn)千瓦？）。目前，美國(guó)的燃料電池發(fā)電量中，用于工業(yè)的可達(dá)4000萬(wàn)千瓦，生活民用可達(dá)1900萬(wàn)千瓦。據(jù)日本有關(guān)方面的預(yù)測(cè)，到2005年時(shí)，日本的燃料電池發(fā)電將達(dá)3500萬(wàn)千瓦。預(yù)計(jì)美、日兩國(guó)10年后燃料電池發(fā)電能力可達(dá)到1億千瓦，相當(dāng)于上百座的大型發(fā)電站或5座三峽發(fā)電站。
據(jù)美國(guó)克里夫蘭市場(chǎng)咨詢公司最近的調(diào)查，過(guò)去10年西方汽車商在研究開發(fā)燃料電池上的投資高達(dá)100億美元，其中80％用于開發(fā)車用燃料電池。預(yù)計(jì)，未來(lái)5年西方在該領(lǐng)域的投入至少還將增加40億美元。燃料電池汽車的發(fā)展大有超過(guò)呼聲很高的蓄電池電動(dòng)汽車之勢(shì)。
（二） 燃料電池的應(yīng)用
目前，燃料電池的類型主要有以下五種：
（1） 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）
（2） 堿性燃料電池（AFC）
（3） 磷酸鹽型燃料電池（PAFC）
（4） 熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）
（5） 固體氧化物燃料電池（SOFC）
微型燃料電池終將成為移動(dòng)電話、尋呼（CD）機(jī)、便攜儀表（Laptops）等的電源，甚至可用于吸塵器、手提式發(fā)電機(jī)、家用發(fā)電、社區(qū)發(fā)電和固定電源。家庭用燃料電池將首先工業(yè)化。Ballard公司計(jì)劃將燃料電池引入美國(guó)數(shù)條街道的家庭，進(jìn)行為期一年的試驗(yàn)性研究。該公司將向每條街道提供250千瓦的燃料電池。
（三）燃料電池的技術(shù)進(jìn)展
除目前最有前途的質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池外，還有許多燃料電池技術(shù)處于開發(fā)之中：固體氧化物燃料電池正得到各國(guó)廣泛關(guān)注；高溫熔融碳酸鹽燃料電池幾乎可以使用任何燃料，只是似乎僅適于工業(yè)應(yīng)用；堿性燃料電池已經(jīng)用于空間技術(shù)，但在商業(yè)中的應(yīng)用太昂貴。日本30家企業(yè)聯(lián)合研究開發(fā)一種新型燃料電池，這種電池將采用萘烷為原料向電池供應(yīng)氫氣。萘烷是液體有機(jī)物，能夠大量吸收并釋放氫氣，因此是一種向燃料電池供應(yīng)氫氣的儲(chǔ)氫物質(zhì)。研究的目標(biāo)是從天然氣或廢棄物中制取環(huán)烷油或苯，讓它們與氫發(fā)生反應(yīng)，從而生成萘烷。從長(zhǎng)期來(lái)看，以上各種燃料電池都會(huì)被可再生的燃料電池取代，后者用太陽(yáng)能從水中分解出氫，構(gòu)成閉路循環(huán)過(guò)程。
（四） 燃料電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程
在沒(méi)有特別補(bǔ)貼的情況下，燃料電池的高價(jià)格仍然使其無(wú)法在廣泛的家用和國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)。擁有商業(yè)化前景的燃料電池種類有：
1. PAFC
PAFC是現(xiàn)在唯一實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的燃料電池，雖然與其它技術(shù)相比，它的價(jià)格還不具競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)和日本供應(yīng)商已將50～200KW的PAFC系統(tǒng)推向市場(chǎng)。全球共安裝了300多臺(tái)PAFC機(jī)組，運(yùn)行時(shí)間約有500萬(wàn)小時(shí)。成本問(wèn)題限制了PAFC在商業(yè)上的成功。
2. MCFC
MCFC最適合大型電站。日本、歐洲和美國(guó)的公司都已經(jīng)進(jìn)行了250KW～2MW 的MCFC系統(tǒng)的示范。MCFC系統(tǒng)可以直接使用天然氣，無(wú)需附加燃料處理器，最近的一些測(cè)試已獲得成功。MCFC開發(fā)商計(jì)劃在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
3. SOFC
SOFC的效率與MCFC相當(dāng)，應(yīng)用范圍也差不多。現(xiàn)在正在開發(fā)的SOFC主要有下列兩種：
（1） TSOFC(管狀固體氧化物燃料電池)正在進(jìn)一步開發(fā)中，離固定式應(yīng)用的商業(yè)化越來(lái)越近。
（2） PSOFC（平面型固體氧化物燃料電池）技術(shù)尚未成熟，但與TSOFC相比，擁有較高的能量密度和較低的生產(chǎn)成本的潛力。國(guó)外的一些政府和公司都對(duì)此予以關(guān)注，并認(rèn)為該領(lǐng)域?qū)⑻岣呷蚋?jìng)爭(zhēng)力。PSOFC仍處在早期開發(fā)階段，要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，預(yù)計(jì)還要10年左右。應(yīng)用PSOFC的一個(gè)特殊領(lǐng)域就是重型汽車的輔助動(dòng)力。
4. PEMFC
PEMFC被認(rèn)為是極有希望的燃料電池技術(shù)。PEMFC的應(yīng)用潛力主要在交通和小型固定式電站市場(chǎng)，這激發(fā)了全球研發(fā)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。世界主要的汽車制造商都在競(jìng)相開發(fā)PEMFC汽車。
5. AFC
AFC在美國(guó)的航空空間計(jì)劃中得到了成功應(yīng)用，但陸地上的應(yīng)用還缺乏吸引力，因?yàn)榭諝庵械亩趸紩?huì)和堿性電解液發(fā)生反應(yīng)，從而降低效率。然而，由于AFC不需要貴金屬，材料成本較低，已經(jīng)引起了一些工業(yè)界的注意。
6. DMFC直接甲醇燃料電池
DMFC是經(jīng)由甲醇和氧的相關(guān)電極反應(yīng)產(chǎn)生電流，發(fā)電所需的燃料為液體甲醇和氧氣（空氣）。由于該類燃料電池摒棄了氫氣，在某些應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如作為可攜式產(chǎn)品的電源。但DMFC最大的問(wèn)題是需要高純度的鉑金，低能量密度，而陽(yáng)極流向陰極的燃料交叉將限制其在較大型的電源系統(tǒng)中的應(yīng)用。
（五）燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展預(yù)測(cè)
1. 全球燃料電池產(chǎn)業(yè)將快速發(fā)展
根據(jù)Business Communications公司的研究報(bào)告，目前燃料電池的市場(chǎng)2004年將會(huì)達(dá)到24億美元，而在2009年將達(dá)到70億美元。
美國(guó)紐約的技術(shù)市場(chǎng)研究公司Allied Business Intelligence(ABI)預(yù)測(cè)：全球燃料電池發(fā)電能力將從2002年的45MW增加到2012年的近1.6萬(wàn)MW。
ABI研究認(rèn)為，市場(chǎng)早期將會(huì)有50W～30MW的產(chǎn)品在美國(guó)和全球得到應(yīng)用。美國(guó)將取得領(lǐng)先，而德國(guó)和日本也將是較早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的兩個(gè)國(guó)家。該研究還認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)動(dòng)力和工業(yè)化動(dòng)力設(shè)備市場(chǎng)將比住宅市場(chǎng)發(fā)展速度更快。工業(yè)化市場(chǎng)已經(jīng)開始采用燃料電池系統(tǒng)。
到2013年，全球燃料電池(Fuel Cell)產(chǎn)業(yè)銷售額將超過(guò)186億美元，主要來(lái)自三大應(yīng)用領(lǐng)域：汽車，固定應(yīng)用(Stationary)和便攜產(chǎn)品。
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