第二节 可再生能源技术领先理论分析

一 技术领先理论

1．概念与特点

技术领先理论是指在可再生能源开发利用过程中，谁占据了技术优势，谁就取得了开发利用的优势。因此，要重视可再生能源技术的创新与扩散，进而实现技术领先，从这个意义上讲，可再生能源的开发利用是典型的创新驱动。

技术领先理论的主要特点是：打破了传统化石能源开发的资源属性，更强调可再生能源开发利用的技术属性。

传统化石能源开发竞争的关键是资源优势，哪个区域的化石能源资源丰富，哪个区域就在能源竞争中占据优势，如山西、内蒙古的煤炭优势，新疆及黑龙江的石油优势等。近代世界历史上的大部分战争都跟争夺能源有关，如1870年德国的俾斯麦挑起普法战争，占领了阿尔萨斯—洛林地区，使德国成为欧洲最大经济体，法国从此一蹶不振。而中东和北非的石油产区历来都是一触即发的战争火药桶。

而太阳能、风能等可再生能源资源则是相对公平的，不需要掠夺他国。因此，以太阳能为代表的可再生能源的核心竞争方式与传统能源不同，不是资源竞争，而是技术竞争，谁实现了技术领先，谁就掌握了能源。

例如，沙特阿拉伯为应对可再生能源资源开发利用障碍，提出的对策主要是：完善促进可再生能源技术的国家政策，加大人力资源开发——科学家、工程师、技术人员和市场营销人员等，增强公共教育和意识，加快本土生产技术的开发。其中，人才、技术占据重要位置。

2．理论基础

技术领先理论的理论基础主要有两点。

一是资源公平。由于太阳能、风能等多种可再生能源资源无处不在，大多数区域在资源方面基本处在同一起跑线上，真正享有特别优势的区域并不多。在这种情势下，要取得可再生能源开发利用优势，关键是取得技术领先优势。

可再生能源技术是一种新的技术经济范式，决定可再生能源可持续发展的关键是可再生能源的生产服务效率，而不是金融资本。

二是成本优先。推动可再生能源开发利用的重要因素是降低成本，而技术创新与扩散是推动可再生能源成本降低的核心要素。技术降低成本主要通过两条路径实现：一是技术进步能有效降低设备与管理成本，从而快速降低价格；二是通过提高能源转化率，从而间接降低生产成本。

当然，如果出现技术垄断，成本降低反而不会很快实现，这就需要通过鼓励市场竞争、扩大市场规模等途径来进一步推动成本的降低。

二 可再生能源技术领先要素分析

对于一个国家来说，推动可再生能源技术领先需要重视四个关键要素。一是基础研究。对于一个国家或整个可再生能源产业而言，没有雄厚的基础研究实力，就不可能出现持久的技术领先。二是技术方向选择。可再生能源技术包含范围非常广，同一个研究领域，也有多种不同的路径选择，这就需要选择出重点技术及发展方向。三是技术创新与技术扩散。当前，技术创新与扩散理论有着成熟的体系，可以充分为人所借鉴。四是结合技术选择及其他要素，制定完善的技术发展路线图，并完善保障机制与措施等（见图2-4）。

1．可再生能源技术基础研究

从国家及整个产业的层面而言，基础研究推动技术领先。对少数科技实力雄厚的一线城市来说，其可以通过基础研究来推动技术领先目标的实现。但对于大多数城市来说，在建设可再生能源城市过程中，则主要是通过企业的技术创新而非基础研究来推动技术领先，当然，在这一过程中，也需要积极推进产学研的结合。

需要关注的是，由于现代产业化的专业化分工，在可再生能源基础研究领域领先的城市，不一定是生产制造领先的城市；生产制造领先的城市，也不一定是开发利用可再生能源领先的城市。也就是说，建设以可再生能源开发利用为主的可再生能源城市对基础研究的依赖并不强。这也意味着，基础研究能力不强的中小城市，也有可能率先建成可再生能源城市。

2．可再生能源技术方向选择

在推动可再生能源科技发展的过程中，只要科技发展方向及路线选择准确，就能极大地减少科技发展的成本及时间。在选择可再生能源技术的发展方向及重点时，需要重点选择那些有潜力且能可持续发展的技术。从整个可再生能源领域来说，存储与转换技术、智慧技术、能源互联网技术等属于发展重点。

在评价一项可再生能源技术是否可持续时，不仅要考虑技术本身是否具备商业化的条件，而且需要考虑社会、经济、环境等多方面的因素（见图2-5）。依据对多种可再生能源技术潜力的评价，就能制定更加科学的可再生能源技术路线图。

3．可再生能源技术创新与扩散

在可再生能源开发利用过程中，要实现技术领先，关键是要推动技术创新与扩散。就国家技术发展阶段而言，中国整体尚处于技术创新的跟踪发展阶段，自主创新的有待加强、环境有待改善、氛围有待提升。但在可再生能源技术方面，由于各国起步时间都差不多，国内外基本处在同一起跑线上，因此，可以把可再生能源技术作为中国实现技术自主创新诉求的重要实践对象。

根据技术创新理论，任何一项新技术的在初期应用阶段都存在成本高、风险大的问题。同化石能源相比，可再生能源的开发利用尚处于初期，规模化不足，成本自然较高，失败的概率也较高。因此，整个领域应形成包容失败、鼓励创新的环境。

根据技术扩散理论，新技术的市场化都面临很大的不确定性，需要重视技术中试及示范应用工作。在可再生能源示范城市建设阶段，政府机构、公共机构要带头使用可再生能源技术及产品。

根据新增长理论，在开发利用可再生能源时，需要从制度层面形成研究和开发激励机制、人才引进机制、技术和知识有效扩散机制，以实现可再生能源技术的赶超和跨越式发展。

同时，有些技术上的进步，可能在客观上促进了资源的开发利用，但不利于环境保护和可持续发展，在推动可再生能源实现技术领先时，这种情况也需要引起关注。

制约可再生能源技术扩散的主要因素较多，相关研究成果也很丰富。有研究者研究了108个发展中国家可再生能源技术扩散后认为，经济调控手段的实施、人均收入和教育水平的提高以及社会制度的稳定，有利于加速可再生能源技术的扩散。反之，增加的援助制度和战略支持政策、项目，以及电力消费增长和高的化石燃料生产不利于可再生能源技术的扩散。此外，多样化的能源组合增加了可再生能源技术被采用的概率。最后，该研究发现，《京都议定书》对可再生能源技术扩散的影响非常有限，也没有证据表明，金融业的发展对可再生能源技术扩散产生了明显影响。也有研究者认为，影响可再生能源技术扩散的因素既有宏观因素，如全球气候变化制定环境、国家政策环境及社会经济发展水平、科技实力；也有微观环境，如技术供给者因素、技术采用者因素，甚至养老诉求等对可再生能源技术的扩散都有影响（图2-6）。

4．制定可再生能源技术路线图

技术路线图的种类有很多，在制定可再生能源技术路线图时，应根据不同的对象及应用范围，制定不同类型的可再生能源技术路线图。

在可再生能源技术路线图制定实践方面，国际能源署（IEA）和各个国家，甚至企业，已经制定了大量的技术路线图，有全球性的、国家级的、区域级的、城市级的、企业级的。例如，2014年12月16日，中国、丹麦可再生能源发展项目发布《中国可再生能源发展路线图2050》研究报告。

这些技术路线图大都有一些核心要素，如澳大利亚的清洁能源路线图有三大支柱：提高可再生能源目标；增加清洁能源融资，带动更多的私人投资；使清洁能源规划更可行。

相关研究也有很多，例如，有学者专门研究了多种技术路线图工具在可再生能源领域的应用，并对多种工具在制定可再生能源技术路线图时的适用类型与范围进行了分析（表2-1）。

专栏2-1 技术路线图

技术路线图（Technology Roadmap）最早出现于美国汽车行业，在20世纪七八十年代被摩托罗拉和康宁（Corning）用于公司管理，20世纪90年代末开始用于政府规划。1987年，摩托罗拉的Charles H. Willyard和Cherry W. McClees发表在Research Management的文章Motorola's Technology Roadmap Process是该领域研究和应用的奠基之作。

技术路线图在世界范围内已经得到广泛应用，但并没有统一、规范的定义。美国定义的技术路线图是特定领域愿景的未来延伸，该愿景集合了社会集体智慧和领域领袖的看法，是特定领域发展方向的地图；英国定义的技术路线图是特定领域利益相关人对发展方向、发展程序、发展能力和发展目标的认识；加拿大工业部提出技术路线图是一个过程工具，帮助识别行业、部门、公司未来成功所需的关键的技术，以及获得和发展的这些技术所需的项目或步骤；中国台湾定义的技术路线图是融合了理想、知识、企业与政府资源、投资与管控流程等的愿景图。

技术路线图的种类很多，根据其执行层次或规模可以分为公司层的技术路线图、行业层的技术路线图、计划层的技术路线图（Program-level Roadmapping）和项目层的技术路线图（Project-level Roadmapping）；根据绘制过程的不同可以分为市场驱动的技术路线图、技术驱动的技术路线图和科学驱动的技术路线图。

当然，根据技术路线图的不同应用目的和构建方法，还存在其他的分类形式。如美国圣地亚纳国家实验室（Sandia National Laboratories）将技术路线图分为三类：产品技术路线图、问题导向的技术路线图和新兴技术路线图。Radnor将技术路线图分为：行业路线图（如铝工业路线图、玻璃工业路线图、半导体工业路线图）、技术开发路线图（如半导体技术路线图、美国电子机器制造者协会的电子技术路线图）、产品开发路线图（如摩托罗拉产品路线图）、产品技术发展路线图（如朗讯产品技术路线图）。Kostoff等学者还按照技术路线图应用的领域及其目标将技术路线图分为四类：科学技术路线图、工业技术路线图、公司产品技术路线图和产品或证券管理路线图。这些种类的技术路线图真实地反映了技术路线图的广泛应用前景。

三 可再生能源技术建设重点领域分析

1．可再生能源转换效率

可再生能源的密度较低，且不稳定，这给转换效率的提升带来了很大的困难，提升可再生能源的转换效率应是可再生能源技术的重点攻坚方向。

下文以太阳能发电为例。

世界上已商业化并开始规模化推广应用的太阳能发电技术主要有四种：硅基太阳电池、薄膜太阳电池、太阳能聚光光伏发电和太阳能聚光光热发电。

目前，太阳能发电系统的价格一直居高不下，主要原因是太阳能密度低。太阳能照射到地面上的平均光强为1千瓦/平方米，当前，单晶硅的转化率可达到23%，多晶硅可达到16%，薄膜太阳能只能达到8%。尽管硅基太阳能电池是目前光伏发电的主流，但晶体硅的提炼与加工成本较高，高耗能、环境污染等问题制约其发展。同时，薄膜太阳电池转换率低，但弱光响应较好，成本相对硅基太阳电池低廉且发展迅速。聚光光伏发电技术则具有转换效率高、成本低、环保等优势。

美国麻省理工学院（MIT）的科学家最新研制出一套太阳能热光伏发电（STPV）系统，系统内的一个高温材料发出的热会被光伏电池收集起来，因此新系统不仅能利用更多太阳光，而且有望使存储太阳能变得更容易。传统硅基光伏电池存在能源转化效率方面的理论限制（肖克利-奎伊瑟极限），其光电转化效率最高为33.7%。而几年前兴起的这种太阳能热光伏发电系统“可以显著提高效率，最理想的情况可能超过80%”。但这一理念在实验过程中遇到了很多障碍，此前的STPV设备的转化效率还不足1%，最新STPV设备的转化效率为3.2%。研究人员表示，随着研究的进一步进行，转化效率有可能达到20%，届时就能进行商业化生产了。

2．可再生能源存储技术

目前，常见的存储技术包括：抽水蓄能存储（Pumped Hydro Storage）、压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage）、电池（Batteries）、超导磁储能（Superconducting Magnetic Energy Storage）、氢存储系统（Hydrogen Storage）、飞轮储能（Flywheels）、电容器和超级电容器（Capacitors and Supercapacitors）。

不同的存储技术适用于不同的可再生能源，没有一种存储技术适用于所有的可再生能源。而且，储能技术的选择需要综合考虑容量、灵活度、响应时间以及成本效益的最优化等因素。

现有的储能系统虽然种类多样，但可投入使用并且有商业利用价值的只有少数。而且，这些储能技术是集中式应用还是分散式应用，需要结合各自的投资额以及发展潜能等要素进行综合比对后才能得出。储能方案的选取也需结合各自的局限性、环境影响度、地势需求、应用重点、投资复杂性以及效益等方面综合考虑。

比如，为推广电动汽车，一些国家开始重视研发电动汽车移动存储技术——电动汽车充电宝技术。在充电桩等充电设施不完善的大城市，该技术具有极高的推广价值。但在农村或小城镇，车主大都有独立住房，自行充电相对较容易，移动充电技术则难以推广。

再以氢能为例分析可再生能源存储与运输技术面临的巨大挑战。

氢能的贮存技术与制氢技术同样重要，必须在经济和安全上可行。目前贮存氢能的技术主要有以下几种。

一是高压气态储存。这是最普通的贮氢方法，由于氢气的密度小，在高压的情况下才可用特制的钢瓶贮存，贮氢通常需要1.5MPa以上的高压，可以通过减压阀控制氢气排出和调节排气量的大小。对于固定地点的大量贮氢，也可采用地下贮存的方式，如利用密封性好的气穴、采空的油田或盐窟等。这种方式只花费氢气的压缩费用而不需要对贮氢容器进行投资，可以大大降低贮氢的费用，比较经济、安全。但是需要合适的地质、地理条件和良好的地下封口技术。

二是低温液氢储存（又称深冷液化贮氢）。这是指在标准大气压下，将氢气冷冻至-252.72℃，使其变为液体保存在特制的深冷杜瓦瓶（高度真空的绝热容器）中。液态氢密度高、体积小，杜瓦瓶的容积可以达到5000立方米，但是造价昂贵，不能普遍使用。目前液态氢主要用做火箭燃料。

三是金属氢化物贮氢。这是为了解决氢气的贮存问题而提出的一种新型的贮氢方式。氢与氢化物之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给金属氢化物时，它就分解为氢化金属并放出氢气。反之氢和氢化金属构成氢化物时，氢就以固态的形式储于其中。用来储氢的氢化金属大多为多种元素组成的合金。人们发现钛、铌、镁等金属及其合金，能像海绵吸水一样将氢贮存起来，形成贮氢金属，而且还可以根据需要随时释放出氢气，大大地方便了氢气的贮存、运送和使用。

其他贮存氢的方法还有纳米碳管储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、配位氢化物储氢等。

氢运输主要运输四种状态的氢：低压氢气、高压氢气、液氢和固态氢（金属氢化物储氢和有机氢化物储氢等）。运输技术主要有管道运输、机动车运输、船运。选择何种运输方式基于以下四点综合考虑：运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗、运输里程。

液氢运输的能量效率高，但是仅液化过程就消耗1/3的氢能量，同时还存在控制氢气蒸发和运输设备绝缘的复杂技术要求。可见，液氢只适合于短途运输。

采用船运或卡车运输氢气目前最为常见，但运输的量非常有限：对于20MPa压缩氢气，运输500kg氢需要40t的卡车。

低压氢气的管道运输在欧洲和美国已有70多年的历史。1938年，位于德国莱茵—鲁尔工业区的HULL化工厂建立了世界上第一条输氢管道，全长208公里。在美国，管道输氢的能量损失约为4%，低于电力输送的电力损失（8%）。实际上，目前的天然气管道也可用来输送氢气。值得注意的是，使用含碳量低的材料来制造管道，并加强维护，可以减少氢脆现象（金属由于吸氢引起韧性或延性下降的现象）导致的氢气逃逸。对于大规模集中制氢和长距离输氢来说，管道运输是最合适的。

固态氢运输容易，不存在氢的逃逸问题，但目前固态氢的能量密度小，运输的能量效率相对较低。

3．可再生能源转换技术

可再生能源转换主要是指将风能、太阳能、生物质能、水能、地热能、潮汐能等一次能源转变成电力、热力、燃料等二次能源，及把二次能源再变成其他类型的能源，如把电能转变成氢能，也包括少量一次能源形态的转变，如把农林废弃物转变成生物质固体颗粒。

转换的目的主要有两个：一是便于存储；二是便于运输。存储与转换技术是相辅相成的，都是应对可再生能源资源缺点的关键技术。在很多时候，存储技术与转换技术是紧密结合在一起的，甚至是合二为一的。

在城市中，存储、转换技术也有着广阔的应用空间，例如，如果太阳能玻璃技术获得突破，每座大型建筑都具备成为一个小型光伏发电厂的潜力。

这里还以氢能技术为例，分析存储与转换技术在可再生能源开发利用中的作用。目前，在氢能的存储与转换方面，出现了多个技术路径。

（1）水电解技术。全球氢能技术公司Proton OnSite研究后认为，储存大规模、持续的可再生能源最灵活可行的办法就是水电解技术。其基本运作原理是：用可再生能源产生的过剩电力通过质子交换膜（PEM）电解器技术将水分子中的氢、氧分子分离储存起来。氢是相当灵活的能源媒介，并且目前也广泛用于生产油气的技术里。目前该技术遇到的阻碍是如何扩大氢气发生器规模来满足不断增长的可再生能源电力产业需求。

（2）甲烷路径。菲斯曼集团旗下的MicrobEnergy公司通过技术创新，实现了利用电转气技术把多余的风能和太阳能转换成甲烷中的能量。电转气的工作原理可大致概括如下：过量的电流通过电解水转化成氢气和氧气，随后就是所谓的甲烷化，在这个过程中氢气和二氧化碳合成甲烷。工业过程、周围空气以及沼气装置中的二氧化碳都可以被利用。“在这种可再生能源存储及转换过程中，重视了碳循环集成技术。”

（3）氢燃料电池。燃料电池的发电效率可以达到50%，这是由燃料电池的转换性质决定的，其直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。

20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船上就安装了这种体积小、容量大的装置。进入20世纪70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，氢燃料电池也开始被运用于发电和汽车。近年来，各大汽车厂商纷纷进军氢燃料电池汽车市场。例如，英国政府公布了1100万英镑氢基础设施计划，用于推动氢燃料电池汽车的发展。

（4）太阳照射加温产生氢能路径。杜克大学最新研发的是一种可铺设在屋顶的太阳能制氢系统。在屋顶上安装盛有水和甲醇混合物的真空管，通过太阳照射加温从而产生氢能。这种真空管表层涂有铝和氧化铝，部分真空管中还填充有起催化作用的纳米颗粒。新技术的效能明显高于现有技术，且制成的氢能没有杂质。所产生的氢能可以储存起来，同时也可以为燃料电池提供能量。

专栏2-2 挪威的于特西拉岛：建造世界上第一座风能-氢能发电站

于特西拉（挪威语：Utsira）是挪威的一个自治区，位于罗加兰郡。于特西拉岛是一个有240个居民、100个家庭的岛屿。

于特西拉岛有极好的风力条件，挪威在这里建造了世界上第一座风能-氢能发电站。

风能-氢能发电站是由电解槽、风涡输机、变压器、控制系统、氢气储存系统、飞输、燃料电池、氢ICE发电机组成的。

于特西拉风能-氢能发电站利用岛上的天然风力使风涡输机运行，在极好的风力条件下，风涡输机生产的电就足以供给整个岛。但在自然条件不能满足的情况下，如暴风雨或无风时，风涡输机不能运转。在这种情况下的应对措施如下。

（1）利用正常的主风，风涡输机为家庭和电解槽生产足够的电力，电解槽利用电力生产氢气，把氢加压并储存在压力容器中，以备以后按要求生产电力。

（2）当风太大或太小时，风涡输机仍不能正常运行。这时就把储存起来的氢气通过氢ICE发电机和燃料电池转换成电能，以满足要求。

（3）虽然有些风，但不能满足要求，风涡输机仍不能正常运行。这时风涡输机是由氢ICE发电机和燃料电池支持生产，而飞输设备和主同步机将把稳定的电力供给用户。

（4）如果剩余的电力超出用户和电解槽的用电要求，可把剩余的电力在电力市场上销售。只有一台风涡输机为电力市场生产。在设备出现故障的情况下，发电站可与原来的电网连接，也会得到正常的用电。

世界上第一座加氢站和风能-氢能发电站已展现在世人的面前，这再次证明了氢能成为21世纪新能源的潜力。

4．多能互补技术

近年来，无论是在国内还是在国外，多能互补技术都属于可再生能源开发利用技术领域的重点研究方向之一，在实践方面，也出现了诸多方式。

在欧洲，与太阳能结合使用较多的其他能源是生物质能。丹麦在大型太阳能与生物质能联合应用方面取得了丰富的经验，丹麦在1988～2006年建成的所有太阳能供热厂都是同生物质能联合兴建的，这种能源利用方式受到了丹麦政府的大力支持，最好的证明就是所有太阳能与生物质能联合兴建的供热工厂都可以从政府得到补贴。丹麦1998年开始运行的4900平方米的RiskPing项目和2001年开始运行的3575平方米的Rise项目，都是太阳能与燃木屑锅炉结合使用的项目。另外，瑞典在太阳能与生物质能结合方面经验也较丰富，这从其1989年开始运行的5500平方米的Falkcnberg项目和2000年开始运行的10000平方米的Kunglv项目可以看出，这两个项目都是由太阳能与燃木屑锅炉联合供热。

此外还有多种模式，如常见的风光互补等，也有一些比较新的路径，例如，德国勃兰登堡州建成了世界上第一座用氢能源作为电力存储中介的混合能源试点电站。这座电站位于勃兰登堡州普伦茨劳市郊，由德国Enertrag公司与法国道达尔公司以及瑞典大瀑布电力公司合作建成。主体建筑由一座氢能源电解存储站和一座生物质能电热站组成。尽管从理论上说，氢燃料可以直接用于发电，但由于氢燃料发动机技术要求较高，目前该混合动力电站采用氢气和沼气混合燃烧发动机。为此，氢能源电解存储站旁边建起了一座生物质能热电站。热电站使用农作物秸秆等生物原料，通过发酵产生沼气（同样是不含氮、硫等污染物的清洁能源）。沼气与电解出来的氢气混合燃烧，通过热电机组，产生电能和热能。电能直接输入电网，成为稳定的供电系统。热能一部分用于维持沼气站自身的发酵，另一部分输入附近市镇的供暖系统。

对于我国来说，由于我国的太阳能热水器最开始是在农村使用，市场也主要是在农村，主要用途是用于提供热水，与太阳能热水系统互补使用的其他能源主要是电能。但是，近几年来，随着太阳能热利用技术的进步，太阳能供热系统开始走进城市，并且随着太阳能应用向工农业领域扩展以及南方采暖需求的日益加强，单独使用太阳能已不能满足用热需求，太阳能与热泵、燃气、电、生物质能等能源互补使用也日益普遍。

一些大的太阳能热利用行业除在太阳能热利用产品方面保持稳定的投入外，在空气源热泵、燃气锅炉等辅助系统方面也投入了较大精力，如太阳雨、桑乐、四季沐歌、清华阳光等都专门成立空气源热泵研究部门，并有空气源热泵产品生产；桑普生产的燃气锅炉产品不仅能单独使用，还能与太阳能热水系统联合起来使用，而皇明、力诺瑞特、华扬、万和则都有专门的多能互补系统或者多能互补解决方案。一些配套企业，也都生产多能互补相关产品，例如，迈能高科多能源集成搪瓷储热水箱、创意博和杰奥生产的控制系统，都适用于多能互补。

随着多能互补趋势的不断加强，一些集成配套产品也逐渐出现在市场上，目前，有些集成配套产品可以直接应用于多能互补方案，但有些集成配套产品只能为多能互补集成产品研发提供设计思路。

2011年12月25日，国家风光储输示范工程在河北省张北县建成投产。这是我国首个也是目前世界上规模最大的，风力发电、太阳能光伏发电、储能和智能输电“四位一体”的可再生能源综合利用工程。

2015年，上海崇明岛建成了多能互补等效电厂示范工程，其整体装机容量相当于630兆瓦的常规发电机组。崇明岛的风力、光伏等可再生能源也将不再是电网消纳困难的“垃圾能源”，而将成为真正的绿色资源。

浙江省舟山市摘箬山岛上将建设总输出功率大于5兆瓦的海流能发电、风力发电、光伏发电、储能等多能互补的海岛可再生能源混合互补发电示范系统。

我国多能互补目前处于起步阶段，在发展过程中主要存在以下问题。

一是在认识上存在误区。太阳能热利用工程设计人员指出，所谓的互补和节能，不是一定要保证太阳能利用达到多少比例，而是整个系统的合理性设计、能源的充分利用。而我们国家很多系统都要求太阳能贡献率达到70%才算节能，这是不科学的。在欧洲的一些太阳能与其他能源互补项目中，很多项目太阳能贡献率都没有达到70%。

二是能源搭配不合理。以太阳能与空气源热泵互补系统为例，在通常情况下，都是太阳能作为主要热源，空气源热泵作为辅助热源，但是在一些大的工程项目中，很多设计人员利用招标方不懂太阳能热利用这一点，在安装中将空气源热泵作为主要热源，太阳能作为辅助能源。虽然用户最终能用到热水，但是经济效益和节能效益方面大打折扣。虽然市场上空气源热泵系统的价格比太阳能热水系统的价格要昂贵一些，但是在实际工程项目中，工程量越大，空气源热泵系统越便宜，因此，很多安装方就大量安装空气源热泵系统。但是用户使用过程中产生的费用比原来设计的费用要高很多。

三是系统使用效率不高。以太阳能与电辅助加热系统为例，很多太阳能与电辅助加热系统中太阳能的使用效率都不高，更多的是用电进行辅助加热。而太阳能与热泵、燃气、生物质能等相结合使用的系统也存在相同的问题。

5．智慧型可再生能源技术

智慧技术是指将计算机、信息网络和人工智慧及物联网、云计算等技术融合在一起，以形成机器“智慧”的综合技术。智慧技术的核心是用计算机（云计算）来模拟人在各个过程中的智力活动（如分析、推理、判断、构思和决策），从而扩大、延伸和部分替代人类的脑力劳动，实现知识密集型生产和决策自动化。

从智慧电网到智慧交通、智慧建筑，智慧技术可以被广泛应用在可再生能源的供给与消费领域。特别是在应对可再生能源资源分散、供给不稳定等缺点方面，智慧技术有着更大的价值。

在提高可再生能源利用效率方面，智慧技术也有着广阔的应用空间。目前，智慧技术在可再生能源领域应用的热点是构建智慧能源系统。智慧能源系统是一种以冷热量平衡为核心，整合地热能、太阳能、空气能、水能、天然气、城市自来水、污水、工业废水废热等多种可再生能源，运用冷热回收、蓄能、热平衡、智能控制等新技术对各种能量流进行智能平衡控制，达到能源的循环往复利用，一体化满足制冷采暖、热水、冷藏冷冻、烘干加热、养殖种植、除雪化冰、蒸汽、发电等多种需求的系统设备，有利于充分提高能源的利用效率。

6．可再生能源互联网技术

第三次工业革命的标志是什么？不同的专家有不同的见解。但结合对前两次工业革命的特征分析，以及当前“互联网+”的时代背景，多数经济学家较为统一的认识是，互联网和可再生能源结合，形成新能源互联网，这就是第三次工业革命的标志。

能源互联网的最根本目的是最大限度地消纳可再生能源。能源互联网不是简单的电气互联、扩建电网，而是利用信息技术整合社会资源、实现共享经济，促进电源、电网、负荷和储能协调优化，最大限度地消纳可再生能源，这也是判断能源互联网是否成功的基本标准。未来以能源互联网为平台，通过创新社会资源的利用方式，优化需求侧管理，可以产生良好的节能减排的效果。以电动汽车代表的社会储能资源为例，其既可以作为交通工具，又可以作为一个独立的运营实体，为电网提供需求侧服务，帮助风电等可再生能源削峰填谷，只要有1000万辆电动汽车，就相当于系统拥有了上亿千瓦的可调容量，可以实现可再生能源和用电负荷的无缝连接。而且，能源互联网技术的进步和发展可能会超越我们的认识，未来的负荷将可以实现定向消费，大大增加可再生能源电量需求，为可再生能源提供广阔的发展空间。

如同网络的快速推广依赖搜狐、新浪、淘宝等平台一样，在能源互联网的发展过程中，平台公司是关键。“对于能源互联网而言，今天只是早期，大家仍处于一种非常同质化能量密度比较低的状态，所有人都在朝内核演进，都想变成星云，变成平台。未来能源互联网真正形成的一个关键标志是，有这么几家像大的星云和恒星系一样的平台级的公司。”

到2050年，要实现全球清洁能源比重达到80%的目标，就需要构建全球能源互联网。目前，世界上一些国家已经开始这方面的工作。例如，中国国家电网公司将构建全球能源互联网，推进“清洁替代”和“电能替代”，并将于2050年基本完成，累计投资预计超过50万亿美元。国家电网公司构建全球能源互联网的步骤是：先是在各国实现其国内互联，继而在各大洲之间实现互联，最终实现各大洲之间的互联。届时，全球能源互联网作为世界最大的能源配置系统，可破解化石能源资源枯竭和技术开发困局。

四 可再生能源产业作为新兴产业的科技创新困境分析

熊彼特（J.A.Schumpeter）在其1912年著的《经济发展理论》中指出，创新是指把一种从来没有过的关于生产要素的“新组合”引入生产体系。这种新的组合包括：引进新产品；引用新技术，采用一种新的生产方法；开辟新的市场（以前不曾进入）；控制原材料新的来源，不管这种来源是已经存在的，还是第一次创造出来的；创建任何一种工业新的组织，例如生成一种垄断地位或打破一种垄断地位。

也就是说，科技创新是一个从新产品或新工艺的设想产生到市场应用的完整过程，它包括从新设想的产生、研究、开发、商业化生产到扩散等一系列过程，而新兴产业在这些方面都面临较大的困境。

在科技研发阶段，由于新兴产业的技术刚出现不久，知识储备、科技成果储备、人才储备都面临严重不足的问题，特别是基础研究体系，这不是短期内能建构完成的。

在商业化生产及产品市场化阶段，由于市场认可度不高以及成本相对较高，新兴产业的技术及产品往往缺乏市场竞争力，处于市场失灵状态，短期内难以推动大规模技术扩散。反过来，正是由于无法通过市场获得新兴产业科技创新所急需的资金，新兴产业的科技创新往往面临比传统产业更大的挑战。

近年来，我国可再生能源科技取得了长足的进步，但科技自主创新能力依然不足。由于缺少自主创新能力，虽然研究开发投入和专利不少，但是大都是外围技术和非核心技术。因此，我们往往只能制造一些配套设备，核心技术和关键设备还要依靠进口，技术水平和生产能力与国外差距较大。例如，在太阳能光伏电池和风能设备制造领域，通过引进技术消化吸收，我国已经基本实现了风能设备和太阳能光伏电池制造国产化，但因没有掌握核心技术，与国际先进水平相比，国产设备和装置的能源转化效率较低。

导致我国可再生能源科技创新能力不足的因素主要有以下几点。

一是化石能源的排斥因素。由于长期的经营与建设，我国化石能源产业形成了完整的体系，具有很强的市场竞争力，这决定了利用可再生能源等新能源替代化石能源、推动能源结构转型是一个缓慢的过程。在化石能源价格高涨的时期，人们普遍乐观地估计，到2020年前后，可再生能源将具有市场竞争力。但近几年，石油、煤炭等化石能源价格大幅度下跌，这使可再生能源取得价格优势的时间持续押后。没有成本竞争优势，自然也缺乏进行科技创新的动力。

二是资金因素。可再生能源的科技创新需要大量的资金投入，政府的研发投入远远不能满足需求。但作为新兴产业，可再生能源产业的盈利前景并不明朗，这导致社会资金缺乏进入的积极性，筹资困难是普遍存在的一大难题。没有多领域社会资金的进入，没有行之有效的投融资机制，可再生能源领域的科技创新自然也受到很大限制。

三是市场排斥因素。一种新的可再生能源技术在进入市场的过程中，市场的接受度对其科技创新具有决定性的影响。原因就在于市场规模不足将严重影响相关企业及机构进行科技创新的积极性，反过来，没有科技创新，成本将居高不下，继而影响市场接受度，这使可再生能源技术在科技创新与市场方面陷入一个“是先有鸡，还是先有蛋”的循环悖论。

一般来说，导致新技术被排斥的因素是多方面的，如市场机制不完善、需求缺乏、技术不成熟、调查不足、由公司控制市场、网络不完善、沟通性差、错误地指导未来市场、立法失败、教育系统的失败、扭曲的资本市场、落后的组织和政治管制等。

四是技术积累与垄断因素。国外大规模的可再生能源产业通常有20～30年时间的技术积累和企业发展经验，而我国近年来可再生能源产业的快速发展是建立在国内外资金大量投入和技术引进的基础上，缺乏长期的基础性技术研发作为后盾，导致相关技术不成熟、核心技术缺乏。

国外可再生能源先进技术的拥有者通过国际性的技术垄断，增强了对可再生能源技术和产品市场的控制力，从而在市场竞争中获取高额的垄断利润。发达国家采取的垄断模式主要有以下几种：严格的知识产权保护、高技术出口管制、贸易中的技术壁垒、跨国公司。

五是行政干预因素。在阻碍可再生能源技术发展的众多因素中，来自体制、机制方面的约束比技术问题和经济成本问题更难解决。传统化石能源尽管存在环境污染问题，但在一些地方属于主导产业或支柱产业，为确保当地经济发展目标的实现，以及减少失业，维护当地稳定，一些地方政府往往以牺牲可再生能源产业为代价。

各种技术障碍几乎都可以利用现有科学技术加以解决，经济成本问题也将随着体制、机制的改善而得到解决，但行政干预问题非常复杂。一方面，可再生能源产业处于发展初期，市场竞争能力弱，国内外的经验表明，政府的支持、激励是加速其发展的关键因素，也就是说，可再生能源产业的发展离不开行政干预。但另一方面，一些地方政府出于经济、社会等因素的考虑又倾向于支持化石能源产业，而对于可再生能源主要是进行面子工程、形象工程建设。这就使行政干预成了一个矛盾的因素，天堂或地狱更多地集中在当地政府的一念之间，这对可再生能源产业发展及科技创新是非常不利的。

六是邻避现象。在可再生能源技术推广过程中，邻避现象将长期存在，这将导致可再生能源产业发展及科技创新都面临较大的压力。

七是研究开发与产业脱离因素。目前，我国可再生能源技术的研究开发以政府投入为主，大部分国家科技计划项目由大学与科研院所承担。然而，“在中国，尤其是在高校和科研院所，单位间合作研发的发展状况并不乐观。科研人员往往各自为政，即使参加研究团队，也多是以师徒形式进行科研活动。研究人员过于分散，势必导致彼此间交流不足，这会导致研发资源的浪费，研发成果质量难以提高”。在可再生能源科技创新方面也是如此，基础研究成果并不少，但转化能力较弱，应用相对滞后。

八是社会发展水平及环境因素。我们当前所处时代的发展水平，人们的观念、思维习惯及生活习惯等因素都对可再生能源的科技创新有影响。

导致我国可再生能源科技创新能力不足的因素还有其他一些，如人才问题、知识产权问题、政策问题、科技创新管理问题、观念问题等。

“缺乏从事新能源研发、新能源业务的专业技术和管理人才及吸引人才、防止专业技术人员流失的措施；缺乏健全的知识产权保护；原有技术储备薄弱，没有形成完备的新能源技术研发与装备制造体系，技术管理水平不高；对新能源及新能源技术战略重要性认识的不足；本地企业过度依赖引进现成技术，消化吸收投入严重不足，妨碍了技术扩散效应的发生，等等。”

“一是国家的新能源战略目标不明确，政策不稳定，一些研究项目上马又下马；二是没有形成完整的研究开发与示范、推广相结合的体系。由于资源分割，基础研究与成果转化脱节，研究开发与试验示范脱节，技术引进与消化吸收脱节，已有的研究成果和专利没能及时得到应用；由于缺少中试资金，有些新产品没有经过严格的试验考核就批量用于工程；三是缺少共性技术联合研究与利益分享机制，导致一些具有共性的研究项目低水平分散重复，造成资源浪费。”

推动新兴产业的科技创新，需要从多个角度着手，其中，关键路径有四个方面。一是抓住关键因素，提升新兴产业的市场竞争力及提高政策支持力度是吸引社会参与该产业科技创新的关键因素。二是着力面要广，跳出科技领域本身来推动科技创新。提升一个新兴产业的科技创新能力，需要有利的大环境，而不应局限于科技本身。三是在技术及产品扩散方面，提高社会各界的认知度及接受意愿，并为社会各界接受新技术及产品提供便利。四是结合新兴产业替代相关传统产业的规模及速度，制定科学合理的科技战略及技术路线图。

结合当前可再生能源开发利用的实际情况，推动该领域的科技创新，要重视从以下一些方面着手。

一是国家加大对基础研究的资助力度，通过技术进步来降低成本。在可再生能源没有取得市场竞争力之前，社会资本一般不愿意在科技创新方面有过多的投入，这就需要国家在这方面加大投入力度。投入既包括科研活动及设备方面的投入，又包括人才队伍培养方面的投入。当然，基础研究也要重视产学研的密切结合。

二是通过降低成本提升市场竞争力来推动科技创新。可再生能源开发成本的降低能提高其市场竞争力，进而有利于激励可再生能源领域的科技创新。因此，重视利用政策、市场等多种手段降低可再生能源技术及产品的成本，提高自身的竞争力，是推动技术创新及技术扩散的长久之计。

降低可再生能源技术及产品的成本，需要重视以下几个方面。一是在建设及产品方面进行补贴。可再生能源的开发利用需要较大的初始投入，这也是导致其成本居高不下的重要因素。政府补贴是降低成本的重要因素，但不是万能因素。目前，我国的相关补贴已从设施建设逐步转移到产品的推广应用方面。比如，在太阳能发电方面，已从补贴光伏发电厂建设（骗补现象严重）转移到电价补贴方面。未来，将逐步减少补贴，以提升可再生能源产业自身的竞争力。二是发挥规模效益。规模化生产与走向市场是降低技术成本的另一重要路径。近年来，可再生能源开发利用规模的扩大在很大程度上分担了相关科技创新的成本，可再生能源设备的价格也随之呈快速下降态势。

三是重视技术的选择与可持续性评价。避免技术被市场排斥，关键是技术本身过硬，同时，也符合同时期市场的需求与特点，早了不行，晚了更不行，因此，要重视技术的选择与可持续性评价。当然，有效的营销及市场推广也是重要因素。

四是重视技术的实际应用试验。实践出真知，没有经过具体实践的技术很难发展与完善。但使用者一般不愿意使用尚不成熟的技术，这就需要选择少数典型区域，作为新技术推广应用的示范。

丹麦小岛洛兰岛（Lolland）不仅分布着456台大型风车，还拥有其他多种可再生能源项目。比如，因为风力资源异常丰富，如何把多余的风电产量转化或贮藏起来，成为洛兰岛人关注的问题。2007年5月，该岛开始尝试“氢动力社区”的解决方案，这也是欧盟地区内一项首次尝试，该技术是以多余的风能为基础，可以在夜晚（用电低谷时段）通过风力完成水中的氢氧分离，将能量储存起来，到了白天，通过电解反应，反向提供电力，这不仅使社区电力自给，还能反过来向国家电网供应电力。

洛兰岛是各种可再生能源技术的“大实验场”。除了风电场、“氢动力社区”，洛兰岛还拥有第二代生物乙醇（海藻）燃料实验室、零碳排放的地区供热系统、水电等清洁能源项目，不一而足。现在，洛兰岛已经做到100%电力自给，同时还能外销同样数量的电力，并实现了75%的热力自给。