當前我國風電與光伏領域存在的“卡脖子”風險及對策建議

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電體系，基本形成了完整的風光裝備制造產業鏈，并處于全球領先水平，但在部分關鍵環節仍然依賴進口。本文從原材料、零部件及軟件系統等方面梳理分析了風電、光伏領域潛在的“卡脖子”風險，結合實際工作和調研情況，從政策引導、科技創新和標準化建設等3個方面提出對策建議，為加速國產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表重要講話，強調要著力推動高質量發展，針對新能源產業，提出既要抓住機遇順勢而上，也要統籌好發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電體系，新能源產業邁入高質量躍升發展新階段。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、光伏產業發展現狀

近年來，我國加速推動新能源領域技術創新和產品迭代，風電、光伏產業鏈均居全球領導地位，并保持較大的國際競爭優勢。根據國際能源署（IEA）發布的《2023年能源技術展望報告》數據，2021年，國產光伏硅片、電池和組件分別占全球產能的96%、85%和75%；陸上風電葉片、機艙和塔筒產能分別占比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26.7%轉換效率，隆基綠能n-HJT實現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年全球新能源產業鏈生產規模情況圖

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，根據水電水利規劃設計總院及有關機構數據，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。隨著產業鏈各環節新增產能釋放，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，全球產業鏈加速重構，中國統籌新冠肺炎疫情防控和經濟社會發展，對國際產業鏈供應鏈的穩定作出了重要貢獻，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中的關鍵耗材，石英坩堝按結構可分為內中外三層，其中，中外層砂已實現國產替代，對純度要求更高的內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難度大，近期高純石英砂出現供應短缺，2023年4月國產、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%，短期內預計將持續影響產業鏈價格。

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，根據中國光伏行業協會統計，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，雖有部分國內化工企業嘗試POE顆粒制備，但進程偏緩，預計最早投產時點為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，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%以上產自南美洲厄瓜多爾，但由于樹木生長周期較長，且單一地區供應難以滿足全球風電產業發展需要，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巴沙木階段性短缺；盡管PVC泡沫已基本實現國產化，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泡沫核心發泡工藝基本被瑞士等國外廠商壟斷，行業整體技術水平與歐美發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業鏈，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，國產競爭優勢尚未完全顯現。

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，國內主要軸承廠家國產化情況見表1。

表1 主軸軸承國產化情況

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，國內部分企業已通過自主研發，初步形成小批量國產化應用，但在芯片研發、生產工藝、專業人才等方面仍與發達國家存在較大差距。

（三）控制、運維系統國產化水平有待提升

除關鍵設備外，控制系統的國產化程度也深深影響著我國電力基礎設施及信息數據的安全水平。

PLC是實現現場設備自動、高效運轉的核心工控技術之一，據開源證券統計，截至2022年三季度，我國市場中小型PLC國產化率不足31%，大型PLC系統國產化率僅為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PLC品牌仍未在芯片和軟件上實現100%國產化。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化PLC批量推廣難度。

新能源監控運維系統可通過網絡互聯和數據交互，對設備分散、數量眾多的新能源場站實行集約化管理。已有多家大型發電企業打造了新能源數字化管理平臺，其中，中國華能集團建成了目前國內接入裝機規模最大、國產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專業化整合。但監控運維系統網絡節點多、鏈路長，不同廠家普遍采用非國產芯片硬件設備，且存在規范標準不統一、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）發揮政策引導作用，強化上下游協同聯動保障產業鏈穩定暢通

一是進一步加強國家政策支持及統籌規劃，充分考慮新能源裝機發展需求及各環節產能差異，引導企業合理安排擴產計劃。

二是積極發揮央企“穩定器”“壓艙石”作用，鼓勵通過戰略合作、互相參股等方式重點布局新能源裝備產業，構建上下游一體化發展模式，著力打通產業鏈堵點、斷點，提升全產業抗風險能力。

三是持續加強市場監管，從嚴查處囤積居奇、過度炒作等哄抬價格行為，保障行業競爭公平有序和產業鏈價格合理穩定。

（二）瞄準科技創新前沿，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新聯合體，帶動產學研用廣泛參與、深度融合，集聚創新資源，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制造和關鍵零部件的國產化替代，立足技術自主可控突破“卡脖子”薄弱環節。

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）加快行業標準化建設，打破企業間壁壘助力國產化替代

一是著力完善行業標準體系建設，打通主機、組件、零部件、運維等上游廠家與下游用戶間壁壘，以統一規范標準促進數據互聯和閉環管理，進一步提升國產設備可靠性。

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

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

四、結語

突破“卡脖子”問題，實現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，加快實現國產化替代是一項系統工程，需要政、產、學、研進一步深度融合、共同協作，充分發揮現有舉國體制、基礎設施、資金保障、人力資源、全產業鏈等現有優勢，才能把創新發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。