科技热词——光伏发电

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浙江长兴县供电局工作人员正在一家企业屋顶检查、调试光伏发电装置 图/CFP
   
    太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。大型并网光伏电站，适合在太阳能资源丰富、具有大量荒漠和闲置土地资源、并网条件好的地区建立，这种方式正在成为国内新能源的重要组成部分。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高。
    在光伏发电应用技术领域，国内与国际先进水平不相上下。特别是系统集成和发电的总体效率方面，我国已达到80%以上，已经具备了大力发展光伏产业的条件。国家鼓励大型地面光伏系统设计集成技术的研发及应用，这为光伏产业的科研创新提供了动力。
    光伏发电应用技术已达国际先进水平
    2011年12月22日，迄今为止全世界装机规模最大的太阳能全跟踪光伏电站——宁夏天景山30MWp光伏电站一次并网成功，稳定无故障运营至今，截至目前已经发电数百万度。
    该电站全部采用中国恩菲工程技术有限公司（以下简称“中国恩菲”）自主研发的智能联动跟踪系统，与传统光伏电站相比，发电量可提升约25%。据介绍，该系统是通过不断调整支撑光伏组件的回转支架角度，与太阳运行规律保持一致，采用时控技术，可24小时精确地跟踪太阳，大幅提高了光能吸收量和能源利用率。此外，该项目选择8度倾角单轴跟踪方式，使组件与地面空出的距离达3米，提高了土地资源利用率，实现了清洁能源发电与绿色有机农业发展相结合的模式，为光伏农业以及光伏生态大棚等新型新能源利用起到示范作用。
    中国恩菲光伏应用事业部主任孙波在接受科技日报记者采访时说：“技术的不断创新是行业健康发展与企业稳固增效的基石。国家鼓励大型地面光伏系统设计集成技术的研发及应用，加大自主研发力度攻克技术壁障，这为光伏产业的科研创新提供了动力。”
    他同时表示，在光伏发电应用技术领域，国内与国际先进水平不相上下。“特别是系统集成和发电的总体效率方面，我们已经达到80%以上，我认为中国已经具备了大力发展光伏产业的条件，应该通过政策引导扶持，形成良好的市场环境。”
    原创技术体系打破多晶硅领域国外技术封锁、市场垄断
    多晶硅是太阳能产业的基础原材料，从2007、2008年多晶硅市场的价格飙升，再到2009年价格急剧缩水，多晶硅产业可谓经历了“冰火两重天”。受到多晶硅快速发展，以及贸易市场不稳定性的影响，有些人产生了多晶硅高能耗、科技研发停滞的观念，称多晶硅为“疯狂的石头”。
    对此，多晶硅制备技术国家工程实验室主任严大洲说：“多晶硅作为高效能源材料，不能简单归为‘高能耗’，按现在的技术水平，我国西部地区光伏发电的能量回收期已接近一年，也就是说光伏电站一年发出的电量就可以偿还从工业硅到电站安装全产业链的电耗，其余二十多年有效寿命期内提供的都是绿色清洁能源；而且多晶硅生产‘三废’排放极为有限，处理容易，各大公司都已做到达标排放，不存在‘高污染’。”
    而由中国恩菲子公司洛阳中硅高科技有限公司（以下简称“中硅高科”）自主研发的“物料闭路循环、能量综合利用”多晶硅清洁生产原创技术体系，成功打破了美、日、德等国的技术封锁和市场垄断。据严大洲介绍，基于这一技术体系的高效还原、冷氢化、加压提纯和尾气干法回收技术的集成应用，使物耗、能耗大大减少，成本数倍降低，尤其是尾气干法回收从根本上解决了环境污染问题，为产业规模发展提供了良好的技术基础。
    “所谓后发而先至，就目前多晶硅的生产规模和能耗对比，我国已处于世界先进水平。伴随着规模的扩大，成本的降低，多晶硅产业发展为光伏的应用和推广创造了非常好的条件。”严大洲说。
    新兴产业在曲折中前进是必然规律
    对中国光伏行业来说，2011年可谓步履艰辛。增长低于预期、产能相对过剩、价格大战、“双反”调查等事件的接连发生，使得高度依赖欧洲市场需求的国内光伏企业受到不小的冲击。光伏产业正经历着“成长期——整合期”的过渡。
    中国恩菲工程技术有限公司副总经理宗绍兴说：“欧洲各国本身太阳能资源比中国差，但为什么他们还在一直支持光伏产业的发展呢？对多晶硅和光伏产业的质疑，实际都已被欧洲或者德国的应用事实打破了。太阳能光伏作为新兴产业，我们应该理性看待它由弱变强的过渡，它在曲折中前进是必然规律，不能一遇到市场波动就否定了光伏产业本身的价值。”
    从2008年的光伏行业整合来看，我国的光伏制造企业，由最初的几十家迅速攀升至几百家，而在2008年国际金融危机的“寒流”冲击下这一数字一度减至50家左右。那么在2012年乃至未来的2到3年里，企业依靠什么才能冲破种种考验脱颖而出成为我们共同的疑问。
    对此，严大洲表示：“多晶硅是一个集中度非常高的产业，到目前为止，全世界大概有百余家多晶硅的生产企业，但是80%的产量只是在10%里面的企业。所以，国家应该集中力量支持已有很好技术的企业做优做强，允许它进行技术改造，鼓励重点光伏企业推进资源整合和兼并重组从而实现资源的优化配置，而不是‘一刀切’。”
    与此同时，相关扶持政策相继出台。国家能源局连续两次上调光伏“十二五”发电量目标；国家工信部发文表态，将促进BIPV（光伏建筑一体化）技术的发展，支持建立BIPV系统。业内人士表示，这些政策对提振市场信心、促进光伏产业良性竞争起到了显著成效。
    “上网难”很可能阻碍行业发展
    “太阳能之父”马丁·格林曾说：“很多德国企业生产制造了太阳能硅片、电池片和组件的高精设备；不少美国企业在促使硅价格下降方面做出了很大贡献；而中国太阳能公司在生产低成本太阳能电池和组件工艺创新方面的重要作用也有目共睹。”
    基于当前，光伏行业各种形式的贸易和投资保护主义上升，虽然对国内光伏产业造成了一定的影响，但从另一个角度来看，这或许是“让中国从最大的生产国变成最大的应用国”，扩大国内市场需求的一个好时机。
    2011年7月，国家发改委正式发布了光伏发电上网电价；光伏发电的规划装机目标也显现出市场的巨大发展空间，将极大地拉动国内光伏发展。
    从目前国内光伏企业发展来看，“在行业变化过程中，中国企业市场反应能力非常快，不管从装备水平、规模还是控制成本能力，与国外光伏企业相比已经取得了显著的优势。”宗绍兴告诉记者。
    据中国电力企业联合会获悉，去年我国光伏并网装机容量达到2.14吉瓦。而国家能源局统计数据指出，去年我国光伏装机为3吉瓦，这也就意味着，去年全国光伏装机总量中约有0.86吉瓦尚未实现并网，占总量近30%。
    为什么有发电能力而无法并网发电？宗绍兴表示：“现在我们急需解决的是上网难的问题，如果得不到解决，很有可能会阻碍整个行业的发展。一方面这需要增加必要的基础设施投入以创造并网条件，另一方面也需要投资者理性选择厂址，充分利用现有上网条件。”
    孙波对这个观点也表示了赞同：“目前在光伏应用领域，政策应该更有前瞻性、延续性，应该看到未来能源需求的真正依托，实现能源开发的科学发展。”
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(科技日报)

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高端数控机床


去年4月，在北京举行的中国国际机床展上，以沈阳机床集团、京城机电等为代表的一大批自主品牌高端数控机床集体亮相，向全球同行展示了中国机床行业整体水平的提升。　图/CFP
    数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。数控机床的操作和监控全部在数控单元中完成，它是数控机床的大脑。数控机床，是制造机器的机器。
    近十年来，被称为世界工厂的中国，很自然地成为数控机床大显身手的地方。
    尽管日益繁荣的国内市场，拉动了我国的机床制造业。但业界普遍认为，我国制造的机床仍缺乏与强国匹敌的核心能力。在关键零部件和核心技术方面，我国还需要长时间的积淀。为此，代表委员纷纷呼吁重视数控机床产业，支持国货突破。
高端装备制造象征国家核心竞争力

“高端装备制造，往大了说，象征着一个国家的核心竞争力，涉及到国家的经济和国防安全；往小里讲，关系到很多产业和企业的生存和发展。”全国人大代表、奇瑞重工公司总经理王金富在两会中发言指出，近十年来，中国机械工业行业发展迅速，中国已经成为名副其实的装备制造大国，但还不是装备制造强国。

“在鉴定一个国家的机械工业是否强大时，人们都比较在乎几个方面的表现。” 王金富列举说，“是否掌握了自主知识产权的核心技术，是否具备较强的重大装备技术能力，是否具有较高的高端装备占有率，其主流技术装备品种质量是否处于世界领先地位。实际上，就是要看高端装备制造业发展得如何。”

鉴于高档数控机床和基础制造装备对我国装备制造业发展的关键支撑作用，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006—2020年）明确将“高档数控机床与基础制造装备”列为国家16个科技重大专项之一。

“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项重点开发航空航天、船舶、汽车制造、发电设备制造等行业。其目标是，到2020年形成高档数控机床与基础制造装备主要产品的自主开发能力，总体技术水平进入国际先进行列，部分产品国际领先；建立起完整的功能部件研发和配套能力；形成以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系。

核心技术仍被国外“卡脖子”

“近年来，在国家大力拉动内需和多项鼓励政策的驱动下，机械装备制造业在规模上实现了强劲增长，很多企业对高端装备业有了热情，在主机层面和零部件上有了明显的进步。”王金富表示：“但是，我国自主品牌制造业的核心竞争力普遍不强，中低端产能过剩、竞争尤为激烈，很多产业的高端环节都被外资品牌牢牢掌控；同时，在关键零部件和核心技术方面，长期以来一直被外资品牌‘卡着脖子’。”

数控机床被称作“工业之母”，这一块的落后，使得我国在制造许多高端产品方面做不到完全自主。高效的汽车引擎、飞机发动机涡轮盘、飞机机身、核电站构件、高速列车头等等，都不同程度地依赖国外的机床。

例如加工发动机的叶片，必须极其精确以确保它在高温高压下正常工作，叶片又呈现复杂的曲面，必须要高速、超精密和功率强大的五轴联动机床来加工。核电、燃气轮机的叶片也是这样。

电子工业等领域需要的高精度透镜，还有导弹导引头的加工，也需要超精密的五轴联动机床；飞机腹板和机翼需要超高转速的机床；大型飞机和核电站构件需要大型压力机；航空航天所需的复合材料制造需要铺丝机……一切中国制造业相对较弱的领域，机床加工能力不足都是最关键的障碍。

国产高端数控机床明显“中气不足”，而外资品牌对国内市场更是虎视眈眈。“随着我国国民经济的转型升级，工业化初期的需求爆发式增长期即将过去。去年以来，国内机械工业需求增长呈现出放缓趋势；另一方面，各行业对装备水平、质量的要求将越来越高。”王金富说：“与此同时，相对于国际上低迷的经济局势，我国的经济增长表现比较强劲，使发达国家企业加大了到我国争抢高端装备市场的力度。自主高端装备制造业赖以成长的市场，正面临国外厂商更为激烈的挤占。”

国产数控机床“大脑”存在明显弱势

在屈贤明看来，“高性能数控系统、电主轴、纳米精度光栅等功能部件及整机设计制造的核心技术”，是发展高端数控机床最关键的因素。

数控系统相当于数控机床的大脑，在整个机器的价值中占到五分之一。它的作用，是将用户设定的加工目标，换算成具体的加工步骤，指挥机床。目前我国制造数控机床的厂家，很多是购买国外的数控系统，与自家的机床集成。

据介绍，近几年来，国产的低端数控系统基本把国外竞争对手挤出了中国市场；而高端市场则正好相反，国产只占不到十分之一。高端数控系统市场基本上在法那科和西门子等厂家的掌握中。

国外高档数控系统，在高速和高精度表现上，以及在五轴加工和智能化方面比国内产品表现都好，而且其平均无故障时间是国内产品的4倍。

数控系统的体系结构、软硬配件、高速高精算法都需要长时间的研究和改善。国内电子基础产业落后，决定了我国高档数控系统的弱势表现。

除了数控系统水平的差距，关键零部件领域的薄弱也限制了国产机床的高度。在一些机床展会上，也能看到应用法那科或西门子数控系统的国产高端机床，与国外装配同样“大脑”的机床相比，转速只有国外的三分之一，误差范围是别人的5倍。

发展高端数控机床研发必须有所作为

国外的高档机床制造商，以及高档机床零部件制造商，无不是有多年的积淀和雄厚的研发力量作为保障。而我国机床之所以落后，也正是因为研发方面缺乏作为。

即使是最简单的零件，一旦要用在精密机床上，都必须达到一定的精密程度。比如说轴承，其性能的提升依赖于对材料、加工技术、摩擦磨损、润滑、密封、接触力学和弹塑性形变等方面的深入研究，而且需要高精密的加工设备和检验设备。

正因为如此，顶级国货的质量表现常常弱于国外。比如在数控机床的动力中心——电机的表现上，国内产品转动不够平滑，更容易发热，而且也更容易出故障。

而数控机床所需要的功能零部件，比如轴承、摆头还有光栅，国内都处于起步阶段，造不出一流水准的产品。而最常见的丝杠、导轨、刀具等部件，最优质的货品也需要进口。

之所以如此，根据报告分析，一方面是因为国内购买机床的用户对精度和质量要求较低，使高档机床缺乏市场需求。用户在技术改造时也倾向于资金较低的投入。而机床制造厂在订单充足时往往顾不上研发，订单减少时又无力研发。

有专家认为，我国企业对短期利益过度重视，短期利益成为企业决策和资源配置的主要依据。只有直接影响订单数的时候，企业才有决心来解决问题，而因为时间紧迫，也基本不可能使产品得到实质的提升。

另一方面，人才也是一个瓶颈。我国企业的研究人员往往对自己手头上的工作比较熟悉，但在基础研究方面积累很少，而且知识面也窄，对技术问题的认识停留在表面，缺乏解决难题的能力。人的水平，决定了机器的水平。而我国机床厂商相对待遇较低，也很难留住高级人才。日本一家著名的轴承公司，其总部有1800个研发人员，这是中国同行不敢想象的。

    由消费大国转向制造强国
    “十年前，我国就成为了世界机床消费第一大国。”机械科学研究总院原副院长、中国机械工程学会常务理事屈贤明介绍说，2010年全球主要机床生产国的机床消费中，我国消费了将近一半。
    与此同时，我国机床的产量也成为世界第一。近十年的国内供给中，国产机床占到了三分之二。高端数控机床作为“造机器的机器”，也开始在我国起步。
    “最困难的时候是1998年。”屈贤明回忆说，“我们的数控机床市场占有率只有23%，当时机械部一个主管机床的部领导，曾经忧心忡忡地说了这么一句话：‘弄不好我们的机床行业要全军覆没。’所以发展这样一个产业，是一个国家利益的体现，是国家的目标。”
    而之后的十年，随着中国制造业的崛起，机床需求被拉动，促进了国产机床的技术进步。去年在南京举行的数控机床博览会上，放眼望去，多是国产品牌的机床。
    机床水平的明显进步，使我国在一些制造业领域实现突破。例如成功国产的3.6万吨的垂直挤压机，使我国能够生产大口径厚壁管，因此日本同类产品的售价被迫大幅调低。其他一些重型机床也达到了国际先进水平，国产五轴机床也是标志性成就。
    屈贤明认为，我国机床企业崛起，最有代表性的就是曾经非常困难的沈阳机床。2006年投资18亿，沈阳机床搬迁到了沈阳工业走廊的核心地带，建成了世界上单体规模最大的数字机床制造机，一年可以产十五万台，去年的年产值突破了一百亿。
    屈贤明乐观地认为，到2020年，制造业各领域需要的高档数控机床，将有大量产自国内。  
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