|
以目前全球經濟發展的速度計算，包括石油資源在內的傳統資源已很難滿足人類發展的長期需求。因此，開發新能源，尤其是可再生能源和對環境無害的能源，走一條可持續發展的道路，已成為人類發展中的緊迫課題。現今主要的新能源有太陽能、風能、地熱能、波浪能和氫能等，而其中的太陽能和氫能在技術、產業規模和發展速度方面都位居前列，許多發達國家也投入大量研究與開發資金，力求掌握領先技術，并促進科技成果產業化，為經濟發展注入新的活力。
一、太陽能技術與產業發展
國際能源機構光發電項目委員會副執行主席哈里·沙普指出，過去１０年里，世界各國對包括太陽能在內的可再生能源的興趣日益濃厚，他認為太陽能光電系統能為世界能源工業注入新的活力。美國、日本、德國紛紛加大投資研發太陽能發電技術和產品。中國、韓國、印度等發展中國家也將注意力轉向這一嶄新的能源領域，并開始實施針對農村地區的太陽能發電網絡的建設。沙普認為，太陽能利用將成為本世紀最流行的產業之一。
太陽能利用主要分為兩類，一是利用半導體器件的光伏效應原理把太陽輻射能轉換成電能，稱之為太陽能光伏技術；另一類是把太陽輻射能轉換成熱能，屬于太陽能熱利用。
（一）光伏產業發展總體概況
1.全球產量
2002年，全球太陽能電池產量達520MW,日本以244MW的產量依舊排在首位，而歐洲首次超過美國，位列第二。
根據Fuji Chimera的統計資料顯示，2001年太陽能電池的市場規模已經達到15億美元（約相當于600百萬瓦），并且預估2005年全球太陽能電池的市場規模將成長八成至超過27億美元（約相當于1350百萬瓦），美國太陽光電工業協會則預計一直到2020年前太陽能光電應用市場將以每年15～25％的速度成長。
2. 光伏電池的應用
（1）目前光伏電池的應用領域
目前太陽能電池的使用范圍可約略分為下列幾類：①家用發電系統。②農業灌溉及抽水等動力系統。③交通：電動車、充電系統、道路照明系統、交通號志、電子式公車站牌、海上燈塔等。④電訊及通訊：無線電力、無線通訊備載電力。⑤戶外定位監視系統等。
（2）全球安裝量繼續增加
2002年，日本以636.8MW的累計安裝量繼續排名第一，其次是德國和美國，分別為277.3MW和212.2MW。據報道，日本國內太陽能發電系統市場增長速度已經放慢，但是在歐洲、北美和中國的市場上需求劇增。
（3）政府政策成為推動市場成長的主要動力
現今全球光伏市場以日本、德國、美國為主，主要是因為政府政策大力支持家庭興建太陽能電板屋頂，以日本市場為例，1997年起日本政府支持興建每戶3千瓦的太陽能屋頂，但是由于太陽能發電的成本比一般電價貴3倍，所以日本政府補助1/3的費用，加上以太陽能電板取代原本屋頂建材成本也可以省去約1/3，這樣一來太陽能發電的成本便接近一般發電的成本，另外，透過市電并聯型太陽電池發電系統，可使得當太陽能產生的電能有剩余時，剩余電力可透過電網回售電力公司，而若太陽能發電不足時則向電力公司購電，透過這種機制來增加一般家庭裝置太陽能電板的意愿，預期若這種機制可以順利推廣，太陽能電池產業將有一波新的成長動力。至于德國則是在2001年3月通過新能源法，政府以一般電價的3～4倍價格收購太陽能發電以鼓勵環保電源的推廣；另外美國加州也在政府的支持之下成為成長快速的市場；而我國的西北地區也因為地廣人稀之下興建電廠成本反比太陽能發電來得高，也逐漸成為使用太陽能發電的地區，不過由于每戶僅用10～20瓦，所以量并不大，我國更在2002年起對于太陽能板采取零關稅的措施，都將促成太陽能產業的發展。此外歷屆奧運城市對于太陽能發電也都有推廣的行動。
（4）多晶體硅單位發電成本較低，成為市場主流
目前太陽能電池依不同的基板材料可以分為非晶體硅、復合物、晶體硅三大類，其中非晶體硅的太陽能電池由于轉換效率低、老化率高，主要用于室內的消費性電子產品如計算器等，而復合物主要是以碲化鎘為主，在生產技術不成熟之下成本較高成長有限；晶體硅目前約占太陽能電池市場85％的比重，由于轉換效率高、老化率低、壽命長（30年），產品為市場主流，其中又可分為單晶硅與多晶硅兩種，由于單晶硅產品轉換效率較高，所以雖然成本以多晶硅較低，但是早期市場產品仍以單晶硅為主，不過近年來在制程、技術的改良之下，多晶硅的轉換效率已經可以拉高到13～17％并且量產，在單位發電成本較低的情況下，已有取代單晶硅產品的趨勢，過去五年多晶硅太陽能的電池產量平均年成長率都有30％以上，且每年成長率皆大于單晶硅，市場產量也在1998年正式超過單晶硅產品成為市場主流。
（二）全球投入大量研發資金
許多國家都對光伏技術的研發投入了大量資金，其中日本最多，2002年日本的光伏研發投入達2.8億美元，排在第二位的是美國，達1.146億美元。
（三）光伏技術進展
太陽能作為一種清潔的、沒有任何污染的能源越來越受到和引起世界各國的關注和極大的興趣。各種光電轉化效率高而且器件制作成本低廉的薄膜太陽能電池呼之欲出。
單晶硅太陽能的光電轉換效率得到很大的提高，最高的達到24％，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍應用；多晶硅太陽能電池地制作成本比單晶硅太陽能電池要便宜一些，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短；硅基薄膜太陽能電池在使用時，也發現有較為嚴重的光輻射引致性能衰退效應（簡稱SWE效應），到目前產品穩定的光電轉換效率為11～13％。
二、燃料電池產業化現狀與展望
燃料電池是一種化學電池，它利用物質發生化學反應時釋出的能量，將其直接轉變為電能。由于它要依靠燃料的化學反應釋放出來的能量轉變成為電能輸出，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的“發電機”。
燃料電池是一種清潔的發電裝置，具有能量轉換效率高、污染小、選址能力強等優點，即適用于集中式及分散式發電系統，也可作為車輛動力系統或手機、筆記本電腦等小型可攜式電力系統。燃料電池的研究與應用已引起了國家與產業界的高度重視，一些國家不僅把燃料電池確定為必須發展的關鍵技術之一，還期待形成新的高技術產業，為經濟發展注入新的活力。
（一） 全球燃料電池產業的總體概況
2002年，全球燃料電池發電能力約為45MW（45000萬千瓦？）。目前，美國的燃料電池發電量中，用于工業的可達4000萬千瓦，生活民用可達1900萬千瓦。據日本有關方面的預測，到2005年時，日本的燃料電池發電將達3500萬千瓦。預計美、日兩國10年后燃料電池發電能力可達到1億千瓦，相當于上百座的大型發電站或5座三峽發電站。
據美國克里夫蘭市場咨詢公司最近的調查，過去10年西方汽車商在研究開發燃料電池上的投資高達100億美元，其中80％用于開發車用燃料電池。預計，未來5年西方在該領域的投入至少還將增加40億美元。燃料電池汽車的發展大有超過呼聲很高的蓄電池電動汽車之勢。
（二） 燃料電池的應用
目前，燃料電池的類型主要有以下五種：
（1） 質子交換膜燃料電池（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電話、尋呼（CD）機、便攜儀表（Laptops）等的電源，甚至可用于吸塵器、手提式發電機、家用發電、社區發電和固定電源。家庭用燃料電池將首先工業化。Ballard公司計劃將燃料電池引入美國數條街道的家庭，進行為期一年的試驗性研究。該公司將向每條街道提供250千瓦的燃料電池。
（三）燃料電池的技術進展
除目前最有前途的質子交換膜（PEM）燃料電池外，還有許多燃料電池技術處于開發之中：固體氧化物燃料電池正得到各國廣泛關注；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應用；堿性燃料電池已經用于空間技術，但在商業中的應用太昂貴。日本30家企業聯合研究開發一種新型燃料電池，這種電池將采用萘烷為原料向電池供應氫氣。萘烷是液體有機物，能夠大量吸收并釋放氫氣，因此是一種向燃料電池供應氫氣的儲氫物質。研究的目標是從天然氣或廢棄物中制取環烷油或苯，讓它們與氫發生反應，從而生成萘烷。從長期來看，以上各種燃料電池都會被可再生的燃料電池取代，后者用太陽能從水中分解出氫，構成閉路循環過程。
（四） 燃料電池的產業化進程
在沒有特別補貼的情況下，燃料電池的高價格仍然使其無法在廣泛的家用和國際市場上競爭。擁有商業化前景的燃料電池種類有：
1. PAFC
PAFC是現在唯一實現商業化的燃料電池，雖然與其它技術相比，它的價格還不具競爭力。美國和日本供應商已將50～200KW的PAFC系統推向市場。全球共安裝了300多臺PAFC機組，運行時間約有500萬小時。成本問題限制了PAFC在商業上的成功。
2. MCFC
MCFC最適合大型電站。日本、歐洲和美國的公司都已經進行了250KW～2MW 的MCFC系統的示范。MCFC系統可以直接使用天然氣，無需附加燃料處理器，最近的一些測試已獲得成功。MCFC開發商計劃在5年內實現商業化。
3. SOFC
SOFC的效率與MCFC相當，應用范圍也差不多。現在正在開發的SOFC主要有下列兩種：
（1） TSOFC(管狀固體氧化物燃料電池)正在進一步開發中，離固定式應用的商業化越來越近。
（2） PSOFC（平面型固體氧化物燃料電池）技術尚未成熟，但與TSOFC相比，擁有較高的能量密度和較低的生產成本的潛力。國外的一些政府和公司都對此予以關注，并認為該領域將提高全球競爭力。PSOFC仍處在早期開發階段，要實現商業化，預計還要10年左右。應用PSOFC的一個特殊領域就是重型汽車的輔助動力。
4. PEMFC
PEMFC被認為是極有希望的燃料電池技術。PEMFC的應用潛力主要在交通和小型固定式電站市場，這激發了全球研發的激烈競爭。世界主要的汽車制造商都在競相開發PEMFC汽車。
5. AFC
AFC在美國的航空空間計劃中得到了成功應用，但陸地上的應用還缺乏吸引力，因為空氣中的二氧化碳會和堿性電解液發生反應，從而降低效率。然而，由于AFC不需要貴金屬，材料成本較低，已經引起了一些工業界的注意。
6. DMFC直接甲醇燃料電池
DMFC是經由甲醇和氧的相關電極反應產生電流，發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，在某些應用領域具有明顯的優勢，如作為可攜式產品的電源。但DMFC最大的問題是需要高純度的鉑金，低能量密度，而陽極流向陰極的燃料交叉將限制其在較大型的電源系統中的應用。
（五）燃料電池產業的發展預測
1. 全球燃料電池產業將快速發展
根據Business Communications公司的研究報告，目前燃料電池的市場2004年將會達到24億美元，而在2009年將達到70億美元。
美國紐約的技術市場研究公司Allied Business Intelligence(ABI)預測：全球燃料電池發電能力將從2002年的45MW增加到2012年的近1.6萬MW。
ABI研究認為，市場早期將會有50W～30MW的產品在美國和全球得到應用。美國將取得領先，而德國和日本也將是較早實現商業化應用的兩個國家。該研究還認為，優質動力和工業化動力設備市場將比住宅市場發展速度更快。工業化市場已經開始采用燃料電池系統。
到2013年，全球燃料電池(Fuel Cell)產業銷售額將超過186億美元，主要來自三大應用領域：汽車，固定應用(Stationary)和便攜產品。
|
