中國華能集團有限公司 黃曉夏 陳 思 鐘 晨

當前，我國已建成世界最大的清潔發(fā)電體系，基本形成了完整的風光裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈，并處于全球領先水平，但在部分關鍵環(huán)節(jié)仍然依賴進口。本文從原材料、零部件及軟件系統(tǒng)等方面梳理分析了風電、光伏領域潛在的“卡脖子”風險，結合實際工作和調(diào)研情況，從政策引導、科技創(chuàng)新和標準化建設等3個方面提出對策建議，為加速國產(chǎn)化攻關及推廣應用提供解決思路。

2023年全國“兩會”期間，習近平總書記多次發(fā)表重要講話，強調(diào)要著力推動高質量發(fā)展，針對新能源產(chǎn)業(yè)，提出既要抓住機遇順勢而上，也要統(tǒng)籌好發(fā)展和安全關系的更高要求。2022年，我國風電、光伏新增裝機再創(chuàng)歷史新高突破1.2億kW，帶動可再生能源累計裝機首次超過煤電裝機達12.13億kW；風電、光伏年發(fā)電量首次突破1萬億kWh，占全社會用電量的13.8%，接近全國城鄉(xiāng)居民生活用電量。在“雙碳”目標推動下，我國已建成世界最大的清潔發(fā)電體系，新能源產(chǎn)業(yè)邁入高質量躍升發(fā)展新階段。但同時也應看到，部分關鍵材料、裝備零部件及核心技術仍然依賴進口，存在受制于人的“卡脖子”風險。

一、我國風電、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國加速推動新能源領域技術創(chuàng)新和產(chǎn)品迭代，風電、光伏產(chǎn)業(yè)鏈均居全球領導地位，并保持較大的國際競爭優(yōu)勢。根據(jù)國際能源署（IEA）發(fā)布的《2023年能源技術展望報告》數(shù)據(jù)，2021年，國產(chǎn)光伏硅片、電池和組件分別占全球產(chǎn)能的96%、85%和75%；陸上風電葉片、機艙和塔筒產(chǎn)能分別占比61%、62%和55%；海上風電分別占83%、73%和53%。

容量及效率方面，風機大型化進程不斷提速，2022年我國新增風電平均單機容量為4.49MW，同比增長27.8%，陸上5MW級及以上、海上8～8.9MW風機已成為主流，分別占陸上、海上新增裝機占比的44.9%、43.9%；量產(chǎn)p型單晶硅電池的平均轉換效率達到23.1%，較2012年提升5個百分點，TOPCon、異質結、鈣鈦礦等自主研發(fā)電池最高轉換效率不斷打破紀錄，其中中來POPAID技術N型TOPCon實現(xiàn)26.7%轉換效率，隆基綠能n-HJT實現(xiàn)26.81%轉換效率，小面積（0.049cm2）單片全鈣鈦礦已認證轉換效率達到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年我國新能源單位千瓦造價趨勢圖

成本及造價方面，在規(guī)模增長和技術進步的推動下，我國新建風電、光伏場站成本整體呈下降趨勢，根據(jù)水電水利規(guī)劃設計總院及有關機構數(shù)據(jù)，得益于風機中標價格不斷下探，2022年我國陸上風電4800～6500元/kW、海上風電造價約1.15萬元/kW，分別較2021年下降了10～17%、38%；光伏造價受組件價格波動影響保持高位，2022年集中式光伏電站造價約4130元/kW，其中，組件約占造價成本的47.09%，較2021年上升1.09個百分點。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、當前面臨的關鍵“卡脖子”風險

（一）原材料供應存在堵點、斷點

受新冠肺炎疫情及地緣沖突等復雜國際形勢連鎖影響，全球產(chǎn)業(yè)鏈加速重構，中國統(tǒng)籌新冠肺炎疫情防控和經(jīng)濟社會發(fā)展，對國際產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈的穩(wěn)定作出了重要貢獻，但同時也暴露了部分原材料供應存在短板弱項。

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)中的關鍵耗材，石英坩堝按結構可分為內(nèi)中外三層，其中，中外層砂已實現(xiàn)國產(chǎn)替代，對純度要求更高的內(nèi)層砂仍高度依賴進口，美國尤尼明公司（Unimin）寡頭壟斷了全球90%以上的市場份額。由于裝機需求快速增長，疊加礦源、技術壁壘較高導致擴產(chǎn)難度大，近期高純石英砂出現(xiàn)供應短缺，2023年4月國產(chǎn)、進口報價已分別達到14萬元/噸和20萬元/噸，均較2022年同期漲幅超過200%，短期內(nèi)預計將持續(xù)影響產(chǎn)業(yè)鏈價格。

膠膜是組件封裝粘結玻璃、電池和背板之間的關鍵材料，隨著光伏技術的進步，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合膜（EPE）膠膜逐漸受到青睞，根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2022年組件封裝材料中透明EVA膠膜約占市場份額的42%，POE、EPE膠膜合計約占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，目前我國光伏級POE粒子供應基本全部來自海外企業(yè)，雖有部分國內(nèi)化工企業(yè)嘗試POE顆粒制備，但進程偏緩，預計最早投產(chǎn)時點為2024年。

風電方面。風機大型化推動葉片長度大幅增加，2021年我國新增吊裝機組平均風輪直徑達到151m，較2020年增長了15m；2022年最新下線大兆瓦風機葉片普遍已超過百米，當前全球最長的葉片達126m，應用于18MW級海上風機，已于2023年3月通過國家質檢中心靜力檢測。風機大型化促使材料升級迭代提速，一般采用“筋板-芯材-筋板”三明治結構增加結構剛度，防止局部失穩(wěn)，提升葉片整體抗載荷能力，而芯材所需關鍵材料巴沙木和PET結構泡沫均高度依賴進口。

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，但由于樹木生長周期較長，且單一地區(qū)供應難以滿足全球風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，2019年“搶裝潮”及新冠肺炎疫情防控期間，曾幾次全國范圍出現(xiàn)巴沙木階段性短缺；盡管PVC泡沫已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，為滿足更長的葉片對性能提升的需求，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外廠商壟斷，行業(yè)整體技術水平與歐美發(fā)達國家間仍存在較大差距。

（二）關鍵零部件設計制造能力仍有不足

當前，我國已基本形成了完整的風光裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈，但由于部分零部件從設計到制造時間較短，缺少可靠性驗證，市場認可度不高，國產(chǎn)競爭優(yōu)勢尚未完全顯現(xiàn)。

主軸軸承是連接輪轂與齒輪箱的風機核心部件，載荷復雜多變，對可靠性及精度有較高的要求。我國陸上風電主軸軸承國產(chǎn)化率從2018年的10%增至2021年的32%，但大功率機型主軸軸承市場仍由SKF、舍弗勒等外國廠商為主導。當前，國內(nèi)主要軸承廠家國產(chǎn)化情況見表1。

表1 主軸軸承國產(chǎn)化情況

IGBT全稱絕緣柵雙極型晶體管，是風電變流器、光伏逆變器的核心半導體部件，在電化學儲能、新能源汽車、軌道交通、航空航天等領域也有廣泛應用，我國IGBT需求量呈連年增長趨勢，據(jù)東吳證券預測，2025年中國IGBT市場空間將達601億元，其中風電、光伏應用領域分別達12億元、29億元。

當前，全球IGBT市場處于被英飛凌、三菱電機、安森美等德日美企業(yè)壟斷的格局，盡管在國家政策的引導和市場需求的拉動下，國內(nèi)部分企業(yè)已通過自主研發(fā)，初步形成小批量國產(chǎn)化應用，但在芯片研發(fā)、生產(chǎn)工藝、專業(yè)人才等方面仍與發(fā)達國家存在較大差距。

（三）控制、運維系統(tǒng)國產(chǎn)化水平有待提升

除關鍵設備外，控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化程度也深深影響著我國電力基礎設施及信息數(shù)據(jù)的安全水平。

PLC是實現(xiàn)現(xiàn)場設備自動、高效運轉的核心工控技術之一，據(jù)開源證券統(tǒng)計，截至2022年三季度，我國市場中小型PLC國產(chǎn)化率不足31%，大型PLC系統(tǒng)國產(chǎn)化率僅為1%。風電PLC應用以大中型為主目前大部分依賴進口，少量國產(chǎn)PLC品牌仍未在芯片和軟件上實現(xiàn)100%國產(chǎn)化。此外，受用戶使用習慣、更換成本帶來的本位主義影響，一定程度增加了國產(chǎn)化PLC批量推廣難度。

新能源監(jiān)控運維系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡互聯(lián)和數(shù)據(jù)交互，對設備分散、數(shù)量眾多的新能源場站實行集約化管理。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，其中，中國華能集團建成了目前國內(nèi)接入裝機規(guī)模最大、國產(chǎn)化技術領先的新能源智慧運維中心，并通過與13家央企合作推動新能源領域實現(xiàn)專業(yè)化整合。但監(jiān)控運維系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點多、鏈路長，不同廠家普遍采用非國產(chǎn)芯片硬件設備，且存在規(guī)范標準不統(tǒng)一、相互封閉、權限分散等潛在安全風險，自主可控程度仍有待提升。

三、相關對策建議

（一）發(fā)揮政策引導作用，強化上下游協(xié)同聯(lián)動保障產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定暢通

一是進一步加強國家政策支持及統(tǒng)籌規(guī)劃，充分考慮新能源裝機發(fā)展需求及各環(huán)節(jié)產(chǎn)能差異，引導企業(yè)合理安排擴產(chǎn)計劃。

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

三是持續(xù)加強市場監(jiān)管，從嚴查處囤積居奇、過度炒作等哄抬價格行為，保障行業(yè)競爭公平有序和產(chǎn)業(yè)鏈價格合理穩(wěn)定。

（二）瞄準科技創(chuàng)新前沿，聚力關鍵核心技術攻關解決“卡脖子”難題

一是鼓勵打造高質量創(chuàng)新聯(lián)合體，帶動產(chǎn)學研用廣泛參與、深度融合，集聚創(chuàng)新資源，形成攻堅合力。

二是聚焦原材料、設備制造、芯片設計等關鍵領域，重點攻關高純石英砂、大兆瓦主軸軸承、大容量IGBT、芯片等核心材料的生產(chǎn)制造和關鍵零部件的國產(chǎn)化替代，立足技術自主可控突破“卡脖子”薄弱環(huán)節(jié)。

三是面向國家重大需求，推進鈣鈦礦太陽能電池、大功率輕量化風機、多樣化新型儲能、綠氫等新材料、新設備、新技術的開發(fā)研究與試點應用，并在政策、財稅上給予更大傾斜。

（三）加快行業(yè)標準化建設，打破企業(yè)間壁壘助力國產(chǎn)化替代

一是著力完善行業(yè)標準體系建設，打通主機、組件、零部件、運維等上游廠家與下游用戶間壁壘，以統(tǒng)一規(guī)范標準促進數(shù)據(jù)互聯(lián)和閉環(huán)管理，進一步提升國產(chǎn)設備可靠性。

二是加快推進新增場站的國產(chǎn)化應用推廣，加強有資質的第三方認證單位高水平、國際化發(fā)展，打造具有國際競爭力的國產(chǎn)品牌，同步開展存量軟硬件的國產(chǎn)化替代，避免出現(xiàn)安全風險。

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

四、結語

突破“卡脖子”問題，實現(xiàn)科技自立自強既是國家強盛之基、安全之要，也是決定國運變化的勝負手。推動關鍵核心技術攻關，加快實現(xiàn)國產(chǎn)化替代是一項系統(tǒng)工程，需要政、產(chǎn)、學、研進一步深度融合、共同協(xié)作，充分發(fā)揮現(xiàn)有舉國體制、基礎設施、資金保障、人力資源、全產(chǎn)業(yè)鏈等現(xiàn)有優(yōu)勢，才能把創(chuàng)新發(fā)展的主動權掌握在自己手中，打造屬于中國獨有的核心競爭力。