当前我国风电与光伏领域存在的“卡脖子”风险及对策建议

中国华能集团有限公司 黄晓夏 陈 思 钟 晨

当前，我国已建成世界最大的清洁发电体系，基本形成了完整的风光装备制造产业链，并处于全球领先水平，但在部分关键环节仍然依赖进口。本文从原材料、零部件及软件系统等方面梳理分析了风电、光伏领域潜在的“卡脖子”风险，结合实际工作和调研情况，从政策引导、科技创新和标准化建设等3个方面提出对策建议，为加速国产化攻关及推广应用提供解决思路。

2023年全国“两会”期间，习近平总书记多次发表重要讲话，强调要着力推动高质量发展，针对新能源产业，提出既要抓住机遇顺势而上，也要统筹好发展和安全关系的更高要求。2022年，我国风电、光伏新增装机再创历史新高突破1.2亿kW，带动可再生能源累计装机首次超过煤电装机达12.13亿kW；风电、光伏年发电量首次突破1万亿kWh，占全社会用电量的13.8%，接近全国城乡居民生活用电量。在“双碳”目标推动下，我国已建成世界最大的清洁发电体系，新能源产业迈入高质量跃升发展新阶段。但同时也应看到，部分关键材料、装备零部件及核心技术仍然依赖进口，存在受制于人的“卡脖子”风险。

一、我国风电、光伏产业发展现状

近年来，我国加速推动新能源领域技术创新和产品迭代，风电、光伏产业链均居全球领导地位，并保持较大的国际竞争优势。根据国际能源署（IEA）发布的《2023年能源技术展望报告》数据，2021年，国产光伏硅片、电池和组件分别占全球产能的96%、85%和75%；陆上风电叶片、机舱和塔筒产能分别占比61%、62%和55%；海上风电分别占83%、73%和53%。

容量及效率方面，风机大型化进程不断提速，2022年我国新增风电平均单机容量为4.49MW，同比增长27.8%，陆上5MW级及以上、海上8～8.9MW风机已成为主流，分别占陆上、海上新增装机占比的44.9%、43.9%；量产p型单晶硅电池的平均转换效率达到23.1%，较2012年提升5个百分点，TOPCon、异质结、钙钛矿等自主研发电池最高转换效率不断打破纪录，其中中来POPAID技术N型TOPCon实现26.7%转换效率，隆基绿能n-HJT实现26.81%转换效率，小面积（0.049cm2）单片全钙钛矿已认证转换效率达到28%。

图1 2021年全球新能源产业链生产规模情况图

图2 2011—2022年我国新能源单位千瓦造价趋势图

成本及造价方面，在规模增长和技术进步的推动下，我国新建风电、光伏场站成本整体呈下降趋势，根据水电水利规划设计总院及有关机构数据，得益于风机中标价格不断下探，2022年我国陆上风电4800～6500元/kW、海上风电造价约1.15万元/kW，分别较2021年下降了10～17%、38%；光伏造价受组件价格波动影响保持高位，2022年集中式光伏电站造价约4130元/kW，其中，组件约占造价成本的47.09%，较2021年上升1.09个百分点。随着产业链各环节新增产能释放，2023年有望回归合理水平。

二、当前面临的关键“卡脖子”风险

（一）原材料供应存在堵点、断点

受新冠肺炎疫情及地缘冲突等复杂国际形势连锁影响，全球产业链加速重构，中国统筹新冠肺炎疫情防控和经济社会发展，对国际产业链供应链的稳定作出了重要贡献，但同时也暴露了部分原材料供应存在短板弱项。

光伏方面。石英坩埚以高纯石英砂为主要原料是硅片生产中的关键耗材，石英坩埚按结构可分为内中外三层，其中，中外层砂已实现国产替代，对纯度要求更高的内层砂仍高度依赖进口，美国尤尼明公司（Unimin）寡头垄断了全球90%以上的市场份额。由于装机需求快速增长，叠加矿源、技术壁垒较高导致扩产难度大，近期高纯石英砂出现供应短缺，2023年4月国产、进口报价已分别达到14万元/吨和20万元/吨，均较2022年同期涨幅超过200%，短期内预计将持续影响产业链价格。

胶膜是组件封装粘结玻璃、电池和背板之间的关键材料，随着光伏技术的进步，兼具高水汽阻隔和高抗PID性能的聚烯烃（POE）胶膜及共挤型聚烯烃复合膜（EPE）胶膜逐渐受到青睐，根据中国光伏行业协会统计，2022年组件封装材料中透明EVA胶膜约占市场份额的42%，POE、EPE胶膜合计约占35%，随着N型电池及双玻组件占比的提升，后者有望于2025年左右替代透明EVA胶膜成为主流。但受制于不掌握原材料高碳α-烯烃的制备工艺，缺少耐高温、高活性、高共聚力的茂金属催化剂供应，目前我国光伏级POE粒子供应基本全部来自海外企业，虽有部分国内化工企业尝试POE颗粒制备，但进程偏缓，预计最早投产时点为2024年。

风电方面。风机大型化推动叶片长度大幅增加，2021年我国新增吊装机组平均风轮直径达到151m，较2020年增长了15m；2022年最新下线大兆瓦风机叶片普遍已超过百米，当前全球最长的叶片达126m，应用于18MW级海上风机，已于2023年3月通过国家质检中心静力检测。风机大型化促使材料升级迭代提速，一般采用“筋板-芯材-筋板”三明治结构增加结构刚度，防止局部失稳，提升叶片整体抗载荷能力，而芯材所需关键材料巴沙木和PET结构泡沫均高度依赖进口。

巴沙木是目前所知密度最小的木材，全球90%以上产自南美洲厄瓜多尔，但由于树木生长周期较长，且单一地区供应难以满足全球风电产业发展需要，2019年“抢装潮”及新冠肺炎疫情防控期间，曾几次全国范围出现巴沙木阶段性短缺；尽管PVC泡沫已基本实现国产化，为满足更长的叶片对性能提升的需求，近年来PEI、HPE等材料逐渐替代PVC成为主要芯材，但PET泡沫核心发泡工艺基本被瑞士等国外厂商垄断，行业整体技术水平与欧美发达国家间仍存在较大差距。

（二）关键零部件设计制造能力仍有不足

当前，我国已基本形成了完整的风光装备制造产业链，但由于部分零部件从设计到制造时间较短，缺少可靠性验证，市场认可度不高，国产竞争优势尚未完全显现。

主轴轴承是连接轮毂与齿轮箱的风机核心部件，载荷复杂多变，对可靠性及精度有较高的要求。我国陆上风电主轴轴承国产化率从2018年的10%增至2021年的32%，但大功率机型主轴轴承市场仍由SKF、舍弗勒等外国厂商为主导。当前，国内主要轴承厂家国产化情况见表1。

表1 主轴轴承国产化情况

IGBT全称绝缘栅双极型晶体管，是风电变流器、光伏逆变器的核心半导体部件，在电化学储能、新能源汽车、轨道交通、航空航天等领域也有广泛应用，我国IGBT需求量呈连年增长趋势，据东吴证券预测，2025年中国IGBT市场空间将达601亿元，其中风电、光伏应用领域分别达12亿元、29亿元。

当前，全球IGBT市场处于被英飞凌、三菱电机、安森美等德日美企业垄断的格局，尽管在国家政策的引导和市场需求的拉动下，国内部分企业已通过自主研发，初步形成小批量国产化应用，但在芯片研发、生产工艺、专业人才等方面仍与发达国家存在较大差距。

（三）控制、运维系统国产化水平有待提升

除关键设备外，控制系统的国产化程度也深深影响着我国电力基础设施及信息数据的安全水平。

PLC是实现现场设备自动、高效运转的核心工控技术之一，据开源证券统计，截至2022年三季度，我国市场中小型PLC国产化率不足31%，大型PLC系统国产化率仅为1%。风电PLC应用以大中型为主目前大部分依赖进口，少量国产PLC品牌仍未在芯片和软件上实现100%国产化。此外，受用户使用习惯、更换成本带来的本位主义影响，一定程度增加了国产化PLC批量推广难度。

新能源监控运维系统可通过网络互联和数据交互，对设备分散、数量众多的新能源场站实行集约化管理。已有多家大型发电企业打造了新能源数字化管理平台，其中，中国华能集团建成了目前国内接入装机规模最大、国产化技术领先的新能源智慧运维中心，并通过与13家央企合作推动新能源领域实现专业化整合。但监控运维系统网络节点多、链路长，不同厂家普遍采用非国产芯片硬件设备，且存在规范标准不统一、相互封闭、权限分散等潜在安全风险，自主可控程度仍有待提升。

三、相关对策建议

（一）发挥政策引导作用，强化上下游协同联动保障产业链稳定畅通

一是进一步加强国家政策支持及统筹规划，充分考虑新能源装机发展需求及各环节产能差异，引导企业合理安排扩产计划。

二是积极发挥央企“稳定器”“压舱石”作用，鼓励通过战略合作、互相参股等方式重点布局新能源装备产业，构建上下游一体化发展模式，着力打通产业链堵点、断点，提升全产业抗风险能力。

三是持续加强市场监管，从严查处囤积居奇、过度炒作等哄抬价格行为，保障行业竞争公平有序和产业链价格合理稳定。

（二）瞄准科技创新前沿，聚力关键核心技术攻关解决“卡脖子”难题

一是鼓励打造高质量创新联合体，带动产学研用广泛参与、深度融合，集聚创新资源，形成攻坚合力。

二是聚焦原材料、设备制造、芯片设计等关键领域，重点攻关高纯石英砂、大兆瓦主轴轴承、大容量IGBT、芯片等核心材料的生产制造和关键零部件的国产化替代，立足技术自主可控突破“卡脖子”薄弱环节。

三是面向国家重大需求，推进钙钛矿太阳能电池、大功率轻量化风机、多样化新型储能、绿氢等新材料、新设备、新技术的开发研究与试点应用，并在政策、财税上给予更大倾斜。

（三）加快行业标准化建设，打破企业间壁垒助力国产化替代

一是着力完善行业标准体系建设，打通主机、组件、零部件、运维等上游厂家与下游用户间壁垒，以统一规范标准促进数据互联和闭环管理，进一步提升国产设备可靠性。

二是加快推进新增场站的国产化应用推广，加强有资质的第三方认证单位高水平、国际化发展，打造具有国际竞争力的国产品牌，同步开展存量软硬件的国产化替代，避免出现安全风险。

三是推动数字化转型升级，依托“云大物移智”、区块链、5G等数字信息技术，支持无人值守、远程集控、智能诊断等新模式新业态落地，打造新能源智慧运维的标杆，推动新能源专业化整合向更深层次发展。

四、结语

突破“卡脖子”问题，实现科技自立自强既是国家强盛之基、安全之要，也是决定国运变化的胜负手。推动关键核心技术攻关，加快实现国产化替代是一项系统工程，需要政、产、学、研进一步深度融合、共同协作，充分发挥现有举国体制、基础设施、资金保障、人力资源、全产业链等现有优势，才能把创新发展的主动权掌握在自己手中，打造属于中国独有的核心竞争力。