以色列太阳能技术研发现状及未来趋势分析

丁 锐

山东省创新战略研究院

0 引言

能源是维持一个国家经济社会发展的决定性因素。以色列作为中东乃至世界范围内的发达经济体之一，沙漠面积占到国土面积的三分之二，人口为905万[1]，且主要集中在特拉维夫、海法等城市，是典型的人口稠密型国家。虽地处油气资源丰富的中东地区，但受制于地缘政治、宗教、冲突等因素，导致不能从周边国家进口石油、天然气和电力，成为典型的“能源孤岛”。同时，担心恐怖袭击对传统发电站等基础设施造成不良影响，开发、利用以太阳能为代表的新能源，便成为其现实选择。

经过多年努力，以色列在太阳能技术研发、应用等方面取得了显著成效。据国际能源署最新统计数据，2020年可再生能源发电量占全国总发电量的10%。其中，有70%是来自太阳能热电厂和光伏发电厂，其余来自家用光伏发电机组、风能和生物质能[2]。

目前，国内关于以色列太阳能研究主要集中在三个方面：一是从以色列国家战略着眼，对历史沿革、特点等进行介绍和评价。例如，仝品生结合以色列国家发展历史，梳理不同时期能源战略特点，将太阳能技术置于高科技能源发展和以美关系的视角下进行考察[3]。二是以能源政策为切入点，将开发与使用太阳能作为关键补充。例如，李鸿炜将太阳能技术称作是“创新造就能源传奇”[4]。三是对以色列的太阳能具体应用技术进行介绍。例如，李志民、唐润生、钟浩对以色列太阳能各应用领域的情况说明[5]。本文通过对成功技术、案例的展示，分析各要素间内在联系，为我国开展太阳能技术研究、同以色列开展行业合作提供参考。

1 成熟技术及成功案例

上世纪50年代，为解决国内经济社会发展问题，以色列开始太阳能研究。伴随70年的发展，以色列在太阳能技术领域成绩斐然。清洁技术集团和世界自然基金会（WWF）联合发布的《2014年全球清洁技术指数报告》显示，以色列新能源技术的创新能力和商业化水平位居榜首。

1.1 成熟技术

以色列太阳能技术主要应用在两个方面：一是先把太阳能转换为热能供人们直接利用,或用来发电（即“太阳热发电”）。二是通过光电器件将太阳光转换为电能(即“太阳光发电”)。目前，主要有以下应用方面。

1.1.1 太阳热发电

太阳热发电有槽式、塔式、碟式和太阳池等应用技术，它们的工作原理是先用不同方式收集热量，进行工质加热后，再经过换热装置将水加热成具有高温、高压特性的蒸气，再驱动汽轮机带动发电机。

槽式光热发电技术：平行排列同等弯曲程度的反射镜聚集阳光，加热集热器中的工质，形成过热蒸汽并带动发电机发电。

塔式光热发电技术：由定日镜聚光镜场、吸热塔和塔顶的吸热器等部分组成，汇集通过定日镜反射而来的太阳光到中央吸热器，再加热工质，完成光热转化。

碟式光热发电技术：利用众多抛物面反射镜将太阳光汇集到接收器上，加热工质到750℃，驱动斯特林发动机进行发电，因此，也被称为抛物面反射镜斯特林系统。此技术优点是光学效率高，适用于独立电站。

太阳池：利用盐池不同水面密度存在差异这一属性，借助下层高温盐水进行加热工质，进而驱动汽轮发电机组，产生电能。此类发电装置结构相对简单，建造成本相对低廉，对光照强度要求不高，即便是在夜晚等光照条件不佳时，依然可以工作。此项技术发端于匈牙利，以色列在1960年在死海附近进行技术实验，后在国内建设了7个太阳池电站[6]。

1.1.2 太阳能发电

利用太阳能电池的光生伏特效应，将光能转化为电能。当太阳能电池中的PN结与太阳光进行接触后，内部产生大量自由电子并开始游动，导致在原位置产生一个带正电的空穴，电子在接收到光能后，向N结移动，产生负电。同时，空穴向P结移动，并产生正电。这样PN结两端产生电压，从而产生电流。

1.2 成功案例

目前，以色列在太阳能技术应用方面，有若干成功应用案例，它们因地制宜，采用不同形式，提升对太阳能的开发利用程度。

1.2.1 阿沙利姆（Ashalim）综合体

阿沙利姆综合体位于内盖夫沙漠中的阿沙利姆村附近，由两个光热发电区块（Plot A和Plot B）及一个装机为70 MW的光伏发电项目组成。其中，Plot A为塔式光热项目，装机容量是121 MW，占地3．15 km2，集热塔高240 m，是目前世界上最高的集热塔。Plot B为槽式光热项目，装机容量是121 MW，占 地3．99 km2，配 热4．5 h，能 够 为120 000户家庭提供清洁可靠的电力，并且每年减少超过110 000 t的碳排放，帮助以色列实现了在2020年10%的电力来自可再生能源的目标[7]。

1.2.2 爱因布科克（Ein Bokek）太阳池

1979年12月，在死海附近的爱因布科克镇的太阳池开始运行，它是以色列国内最大的太阳池发电站。占地面积是7 500 m2，当时装机容量是150 kW。时至今日，该工程仍在源源不断地为当地提供电力。

2 现状各要素分析

2.1 政策方面

多年来，以色列政府不断调整政策，出台一系列针对太阳能开发、利用的法案。1973年第一次石油危机之后，政府意识到开发替代能源的重要性，进而开始从制度及政策层面推动可再生能源的研发与利用。截止到目前为止，以色列共有14部关于能源方面的法律法规和16个能效标准，其中大部分是强制性的[8]。以下法律法规具有里程碑的意义：1980年通过法律，要求高度在27 m以下的新建住宅建筑（包括私人建筑和公共住宅）必须加装太阳能热水系统。1986年,颁布特别法令,要求每幢新建筑必须安装太阳能热水器[9]。2002年，将可再生能源引入电力部门,并对使用可再生能源电力的用户进行资金补贴。2003年,制定以高科技和原创技术为核心的可持续发展规划,计划从2007年以后,从可再生能源中生产至少2%的电力。2006年又制定《可持续与替代能源研究计划》，进一步加强对新能源技术的开发和利用。2009年，通过《关于发展可再生能源的法案》，提出大力发展太阳能等新能源，并计划在2020年使新能源发电在全国电力供应中占10%。2020年10月，内阁批准计划将新增约15 GW太阳能的产能部署，以推进实现可再生能源在全国电力结构中所占比例从17%提高到30%的2030年目标。

2.2 科研机构

当时在中国驻以色列大使馆科技处任职的李小夫在《以色列能源经济现状》一文中，第一次向国内介绍了以色列从事太阳能研究的科研单位及研究侧重[10]。目前，进行太阳能技术研发和人才培养的科研机构主要有魏兹曼科学院（Weizmann Institute of Science）和内盖夫本-古里安大学（Ben-Gurion University of the Negev，下文简称“本-古里安大学”）。

2.2.1 魏兹曼科学院

魏兹曼科学院创建于1934年，以犹太科学家、学院创始人、以色列首任总统魏兹曼命名，在自然科学、精密科学等领域位居世界前列[11]。目前，有生物化学、生物学、化学、计算机和物理学等五个二级学院，有280个尖端研究团队穿插其中。

化学学院是开展太阳能技术研究的主要机构，具体有五个方向：一是运用云系统动力学原理，对大气层进行综合研究，从而为利用太阳能提供气象支持。二是研究光物质相互作用、热学原理和光谱等领域。三是以材料科学为依托，针对纳米材料和其它新型材料在能量转化和储存应用上的研究。四是在纳米化学、超分子化学、小分子相互作用等涉及分子化学与纳米科学相关领域的研究。五是运用衍射、核磁共振等方法，在生物学、化学和物理学等领域找到共同点和结合处。

2.2.2 本-古里安大学

本-古里安大学建立于1969年，1973年以色列第一任总理戴维·本-古里安过世后，改为现名。其在新能源、旱地农业、水资源等领域的研究居于世界领先地位，并与工业界有着密切合作，获得非政府资助经费居以色列大学首位[12]。

负责进行太阳能研发的机构有本-古里安国家太阳能研究中心（The Ben-Gurion National Solar Energy Center）和隶属于雅各·布劳施泰因沙漠研究所（Jacob Blaustein Institute for Desert Research）的瑞士旱地环境与能源研究所（The Swiss Institute for Dryland Environmental&Energy Research）。

本-古里安国家太阳能研究中心主要研究太阳能的收集与存储、材料科学、光学等，如高效太阳能电池原理、有机光伏、超级电容器和电池用高浓度电解质、轻物质活性超材料的研发。同时，借助阿尔伯特·卡兹沙漠研究国际学校（The Albert Katz International School for Desert Studies）、雅各布科学合作中心（The Jacob Blaustein Center for Scientific Cooperation）开展本科和研究生专业教育。

瑞士旱地环境与能源研究所有以沙漠生态、太阳能开发与利用为主题的多个研究团队。其中，亚历山大·耶尔森太阳能与环境物理学小组（Alexandre Yersin Department of Solar Energy and Environmental Physics）最具代表性，它是一个涵盖应用数学、化学、物理学和地质学等跨学科的研究团队，重点是太阳能利用和光学应用。与此同时，提供一系列在太阳能应用领域内的决策咨询服务。

2.3 知名企业与非政府组织

企业作为市场中的主体，发挥着不可替代的作用。各非政府组织在具体产业的发展中，在政府、企业和学术界发挥着桥梁和纽带作用。结合历史与现实，主要梳理出以下知名企业与非政府组织。

2.3.1 Luz和Solel公司

Luz公司是由美以联合成立的第一家太阳能公司，它的运营是以色列境内首次将太阳能技术应用于公共事业规模电厂的标志性成果，也为后期太阳能发展储备了大量专业性人才。后因石油价格下跌，政策变动等因素，Luz公司于1991年宣布破产。其主要技术人员成立了Solel公司，继续进行太阳能技术研发，并在太阳能接收器方面成为世界领先的供应商。2009年，西门子公司以4．18亿美元完成对其并购，并改名为西门子集光型太阳能发电厂（Siemens Concentrated Solar Power）。

2.3.2 BrightSource公司

该公司大部分关键技术人员来自Luz公司，推出了利用计算机进行控制的LPT电力塔，通过对太阳运动轨迹进行跟踪，将水加热到538℃，利用产生的水蒸气推动涡轮发电机组进行发电。2013年，由该公司在美国莫哈维沙漠（Mojave Desert）建设的Ivanpah塔式太阳能光热发电站项目，装机总容量达392 MW，是全球塔式光热电站的标志性项目，每年减少CO2排放量40万t以上。

2.3.3 AORA公司

AORA公司是以色列太阳能发电领域的一家新兴公司。与BrightSource研发利用计算机进行控制的LPT电力塔不同，其发电设施具有尺寸优势，可以对单元模块进行拆分和组合，在成本、体积和时间上占有优势，可以有效应对各种不确定性因素。它曾经在以色列南部的萨马基（Samar）建设一个全面运行的太阳能发电系统，使它成为以色列首个将太阳能产生的电能并入国家电网的商用太阳能设施。

2.3.4 内盖夫能源公司（Negev Energy）

它由阿本戈和Shikun&Binui可再生能源公司合并而成。承建的项目是阿沙利姆综合体的塔式光热电站，根据与政府签订的为期28年的合同，承接的具体任务包括电厂建设、运营和移交。2018年7月投入运营后，公司拥有25年的经营权，所产生的电能由以色列电力公司收购并入国家电网。经营权到期后，整个电厂将移交给政府[13]。

2.3.5 非政府组织

以色列新能源方面的非政府组织，在参与相关政策制定、评估和拓展企业国际市场等方面发挥着重要作用。其中，以色列能源论坛（Israel Energy Forum）和以色列智能能源协会（The Israeli Smart Energy Association）最具代表性。

以色列能源论坛，是能源领域的著名智库，长期致力于促进可再生能源的开发和利用。曾在2014年，对未来实现以色列100%依赖可再生资源可行性进行了“零碳计划”研究。该研究基于目前以色列电网只能接纳20%～30%可再生能源的现实，通过对太阳能发电（包括光伏和光热两种方式）、风电（含海陆两种方式）等新能源的使用情况进行调研，综合各影响因素，得出“当前技术条件下，实现向100%可再生能源的过渡并不现实。但是，随着可再生能源发电技术的不断进步，以色列未来终将实现该目标”[14]的结论。同时，也提出了“未来能源政策也应更加注重效能提升（尤其要加大对节能的关注，如普及节能建筑等），风电以及屋顶式光伏的发展也需要得到进一步的扶持”等建议。

以色列智能能源协会，是一个汇聚本土和全球智能能源厂商等利益相关方分享知识、开展创新和建立合作的国家级非营利性组织。它有两大目标：一是在国内加速智能能源解决方案的使用；二是支持本土创新型智能能源产业发展[15]。定期组织惠普、施耐德、IBM等知名国际电气公司与本土天使投资、新能源开发商、能源公司等产业要素举行论坛。截止到目前为止，共举办了4届，参加人数1 500人次。以2016年举办的第四届以色列智能能源会议为例，聚焦能源公共事业创新、微电网与赋能社区和智慧城市中的智能能源三大议题。2014年，组织Grid ON公司、Metrycom公司和RAD公司等8家企业访华，帮助国内企业积极拓展国际市场[16]。

2.4 国际合作

开展太阳能领域的国际合作是以色列发展太阳能技术的重要内容和关键组成。通过与中国、德国和美国等国家开展合作，推进技术迭代、拓展市场，促进本土产业升级。

中国：自1992年1月24日两国建交以来，双方在各领域的合作日益密切。2013年5月，中以建立政府间经济技术合作机制。2014年5月，中以建立创新合作联委会机制。2016年9月，中以启动自贸协定第一轮谈判[17]。2017年3月19日至22日期间，时任以色列总理内塔尼亚胡同国务院总理李克强正式签署《中华人民共和国和以色列国关于建立创新全面伙伴关系的联合声明》，明确“两国对现有能源和环保领域合作感到满意，希望在治理空气污染、废物管理、环境技术、环境监测、环境立法与执法、低碳城市发展、能源高效利用、可再生能源等相关领域进一步开展合作”。就太阳能方面的合作而言，两国开展了多次富有建设性的合作：2008年，中国无锡尚德太阳能电力有限公司与以色列当地系统集成公司成功联手在北部卡茨林工业区，建设了这一以色列迄今最大、发电效率最高的晶体硅太阳能发电项目[18]。2012年，中以（常州）国际科技合作园凭借在光伏等装备制造领域内取得的成绩，获科技部授予的“国家国际合作示范基地”称号。2011年，甘肃自然能源研究所与以色列国家太阳能研发中心达成合作共识。2017年9月，时任中国财政部部长肖捷与时任以色列财政部长摩西·卡隆(Moshe Kahlon)在北京共同签署了中以清洁技术财政合作议定书，总额3亿美元。该协议的签订将中以经济合作拓展至先进农业技术、智能绿色能源技术等环保科技领域[19]。

德国：1986年，成立德以技术研究与开发基金会（German-Israeli Foundation for Scientific Research and Development，简称GIF），主要目的是在两国间推动与支持应用技术研究用于和平目的。从历年来活动来看，主要合作领域是在医学方面，但是也有光学等太阳能技术等方面的研究[20]。

美国：1993年，成立美以科学技术委员会（The U．S．-Israel Science and Technology Commission，简称USISTC），其中的重点任务是通过消除两国行政性上的限制，从而促进私营高新技术产业之间的合作。最近开展的项目包括开发可以产生数十兆瓦电力的太阳能发电技术等。1995年，发起成立了美以科学技术基金会（U．S．-Israel Science and Technology Foundation，简称USISTF），每年可以从美国国家技术与标准研究会（National Institute of Standards and Technology）的年度预算中获得经费支持[21]，从而重点支持环境技术等六大领域的研发。2007年12月，美国政府通过了《美以能源合作法案》，进一步加强两国就太阳能等新能源方面的合作。

3 结论

3.1 以色列太阳能产业将得到进一步发展

这主要是基于以下四个方面原因：

一是周边政治环境。从2021年5月期间，巴勒斯坦向以色列发射火箭弹袭击情况来看，发电站、输电设施等关键性基础设施遭受袭击的风险加大，在提升“铁穹”拦截系统的同时，必然会加大在公共设施上太阳能发电设施的覆盖面积，以分散安全压力、缓解能源风险。

二是国家政策。2020年初，为克服新冠肺炎造成的不良影响，加大对太阳能等新能源基础设施的投入，进一步刺激国内经济发展。比如，2020年内阁通过了新增约15 GW的太阳能产能计划。

三是大型太阳能发电设施产能优势进一步显现。以阿沙利姆项目为例，2号机组槽式光热电站于2019年正式投入运营，同年，塔式光热发电项目已取得运行证书并投产，这将为新能源发电注入动力。

四是科研单位的大力支持。魏兹曼研究所和本-古里安大学在太阳能开发上的研究，聚焦能量的转化、储存等关键材料的研发，为产业的整体发展提供技术支持。同时，接受来自各国的专家参加联合科研，将提升太阳能技术的专业化水平。

3.2 以色列太阳能产业国际合作进一步加强

就当前和今后发展来看，以色列政府将太阳能技术作为开展对外援助、拓展外交空间的重要工具，目标就是缓解同周边国家的紧张局势，巩固双边关系。例如，2020年9月以色列与阿拉伯联合酋长国建立外交关系后，2021年1月两国就签署了关于可再生能源的首份协议。用以色列能源部长尤瓦尔·斯坦尼茨（Yuval Steinitz）的话说：“此次合作将使以色列在六年内成为全球太阳能领导者。”[22]积极发挥自身技术优势，融入其他国家的发展，为商界、学界拓展新空间。

我国将“碳达峰”和“碳中和”写入“十四五”规划，作为世界第二大经济体，对以太阳能为代表的新能源需求将会增加，在涉及技术开发、学术交流等领域将开展进一步合作。

3.3 进一步影响美国能源政策走向

随着新冠疫情、经济政策调整等因素，美国在石油、天然气等传统能源领域内进行配套政策调整。以太阳能为代表的新能源，在很大程度上会成为能源政策的“调节器”与“缓冲区”。以色列拥有太阳能先进技术以及前期合作经验，也会进一步影响美国的能源政策走向。