产业技术路线图与太阳能光伏产业发展研究——以保定为例，本文主要内容关键词为：保定论文,路线图论文,为例论文,产业发展论文,太阳能论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F062.9 文献标志码：A 文章编号：1002-0241(2010)01-0016-06
能源和环境问题是实现可持续发展所必须解决的问题。太阳能光伏产业以其优越的环保性能、丰富的资源和可再生性，已经受到各国的普遍青睐。近期，国内针对太阳能光伏产业的原料——多晶硅产能过剩，引发了关于太阳能产业发展的讨论。利用产业技术路线图的科学方法，可以明确经济社会发展需求、技术研发以及市场实现之间的关系，实现合理有效的配置产业链和社会资源，促进科技与经济的结合。本文试图从产业技术路线图的角度对光伏产业链和相关技术进行分析，并提出相应的建议。
1 关于产业技术路线图
1.1技术路线图的产生
技术路线图(Technology Roadmap)最早出现在20世纪70年代末期的美国汽车行业。自20世纪70年代末，摩托罗拉公司首次将技术路线图应用于指导企业发展之后，企业(产品)技术路线图就被越来越多的企业所采用；20世纪90年代期间，技术路线图被运用于微电子等行业的发展，诞生了产业技术路线图，成为引导产业发展的工具；20世纪90年代末期，技术路线图开始应用于政府和国家的战略规划，国家技术路线图随之出现。技术路线图的作用也从单纯的技术预测逐步发展到技术预见、未来计划设想[1]。技术路线图种类较多，从不同的角度可以对其进行不同的划分，不同类型技术路线图侧重表达的内容也有差异[2]。表1中所列是依照不同的分类方法划分的技术路线图[3-7]。
依据制定技术路线图的不同“主体”进行划分，可以区分为国家技术路线图(区域技术路线图)、产业技术路线图、企业技术路线图(产品技术路线图)三种类型。这种划分方法能够体现出技术路线图逐步发展、应用范围不断扩大的过程。世界主要国家通过开展技术路线图的绘制和研究，从企业、产业和国家三个层面上确定优先发展的战略重点，明确发展路径，有效组织创新活动，降低创新风险，取得了显著的成效[8]。
从国家层面来说，技术路线图能够在政府部门之间有效传达科技政策信息和解决关键的非技术障碍，把共同的愿景和利益相关者相连；识别国家现有的科技能力和瓶颈，作为计划投入和资源配置的决策依据；着重于国家专注的领域，推动技术创新并对国家的技术发展作长远考虑；使计划管理部门在公共项目选择中明确政府支持的投入导向，影响主要的研究与创新的赞助者集中于已识别优先顺序的技术发展。
从产业层面来说，技术路线图有助于产业共同认清所处的经济、社会、环境的变化，识别市场驱动因素；识别产业技术的优先顺序，评估和执行新技术，提高行业研究和应用新技术的能力；促使产业界共同分担成本，加强资源管理，致力于行业共同需求的技术突破；促进合作研发，鼓励技术开发成功后的扩散。
从企业层面来说，技术路线图可与企业战略和业务发展框架相匹配，通过战略确定技术目标，识别达到市场需求所必须的软硬技术，帮助企业识别技术鸿沟，找到发展机会。
1.2产业技术路线图的应用和发展
美国是最早制定产业技术路线图的国家，其最具有代表性的产业技术路线图是1992年开始制定的《美国国家半导体技术路线图》(National Technology Roadmap for Semiconductor,NTRS)，后更名为国际半导体产业技术路线图(ITRS)。该路线图详细描述了长达15年的产业技术路线，堪称产业技术路线图成功的典范，成为引领世界范围内半导体技术领域创新方向的指南，ITRS的更新已成为国际半导体领域技术创新的风向标和动力源泉。半导体产业的摩尔法则“每18个月半导体集成度将提高2倍”，就是基于半导体产业技术路线图的一个表述。美国近几年又先后制定了生物燃料、风电、太阳光伏、氢能、节能照明、商业建筑节能、民用建筑等8种能源技术发展的路线图，这些技术路线图基本上就是国家发展计划[9]。
继美国之后，世界主要国家先后启动了本国产业技术路线图的制定工作。加拿大工业部从1997年到2003年先后开展了生物制药业技术路线图、航空设计制造技术路线图、铝业技术路线图、电子技术路线图、燃料电池商业化路线图、海洋运输和海洋产业路线图等十几个产业的技术路线图研究工作。2002年，英国调查了2000家制造企业，其中大概有10％的大公司已经应用技术路线图。荷兰、瑞典、澳大利亚等国家都先后开展过产业技术路线图研究制定工作，以期提高这些产业的国际竞争力。欧洲工业管理协会(EIRMA)在1997年引入被称为八阶段的技术路线图项目管理过程。
日本经济产业省于2000年就已经制定了作为国家层次研究规划指南的技术路线图——《技术战略图》。在日本经济产业省发布的《技术战略图2007》中，编制了信息、生命科学、环境能源、纳米科学与材料、先进制造等领域的38项战略技术路线图。2002年，韩国政府在国家层次上使用技术路线图方法开展国家技术路线图的研究，主要目的就是要制定与市场需求联系更紧密的国家研发计划。日本的鹤井由佳在2003年统计了世界46个典型的产业路线图，涉及农林业、原材料、化学、种植业、石油、采矿、建筑、能源、信息、医疗等行业。其中美国绘制的最多，占75％，其次是加拿大，占14％。
国家科技部于2007年组织有关专家首次开展了我国国家技术路线图研究和制定工作，研究凝练出未来10～15年我国科技发展的30项战略任务，选择出90项国家关键技术及其286个技术发展重点，并编制了国家技术路线图。2008年9月，广东省编制了建筑陶瓷等5个产业技术路线图，在国内率先启动产业技术路线图的绘制工作，将此成果与产业升级和结构调整相结合，为我国科技创新管理工作提供了一个科学的方法论。分别是：广东省绿色无铅产业技术路线图、铝产业技术路线图、食品安全检测与评价产业技术路线图、工业产品环境适应性产业技术路线图和陶瓷产业技术路线图[10]。湖北省科技厅将2008年软科学研究专项总经费的30％用于技术路线图的研究，已正式启动“湖北省产业技术路线图”研究，所涉及的8个领域，分别是汽车零部件、中小科技企业成长、光伏产业、生物医药产业、氟化工、加工装备制造业、光通信产业、重点污染行业节能减排。上海、河南、福建、厦门、内蒙古自治区、黑龙江、贵州等多个省市都开展了关于产业技术路线图的研究工作。我国台湾也曾经制定了纳米技术产业技术路线图。
2 光伏产业与光伏产业链技术路线图
2.1光伏行业产业链
太阳能光伏产业是一个新兴产业。光伏产业链主要包括上游的硅材料制备及电池的制造，中游的电池组件封装以及逆变器、控制系统和蓄电池等配套部件的生产，下游则是光伏系统的集成与应用。
从全球范围来看，光伏产业链结构呈金字塔形结构，参见图1。产业链涉及到原料生产、铸锭、硅片、电池片、组件及工程应用系统、检测标准设计等多个环节，涵盖了电子、机械、化工、装备制造、能源和环境保护等多个产业。光伏产业链中各个环节所生产的产品都可以不经过下游生产环节的加工作为独立的产品直接进入市场，使得光伏行业具有一定的灵活性，光伏企业既可以销售硅片、电池、组件等中间产品，又可以通过产业链最终达到应用系统的生产。而在太阳能技术中，太阳能电池板是整个太阳能发电系统最为关键的部分，衡量太阳能电池板好坏的最重要指标就是光电转换效率。图2显示了太阳能电池这个举足轻重的器件自下而上的技术发展进程。
图1 光伏产业链结构图
2.2光伏行业产业链的价值分析
从微观角度来看，光伏产业内部包含许多环节，各个环节相对独立又相互制约。光伏系统的原料是整个产业最基础的部分，它的成本高低对光伏产品的价格起着决定性作用。原料主要来源于石英沙中所含有的硅成份，由于光伏行业对于硅纯度的要求及其提纯技术的垄断性，目前世界上只有几家公司可以生产纯度为99.9999％的高纯硅。基于这个原因，导致原料硅的价格在一段时间内居高不下，从而导致了光伏产品的价格走高，在一段时间内限制了光伏行业的发展。总体而言，从硅片到组件利润率逐层递减，其分布遵循金字塔形分布：光伏产业各环节销售净利率最高的环节为生产硅片，电池制造其次，组件生产和工程安装利润率最低。
图2 太阳能电池技术发展过程
2.3光伏行业产业链技术路线图
在“太阳能利用→设计安装→太阳能应用系统→太阳能电池组件→太阳能电池片→硅片→制造设备→高纯硅原材料”这条太阳能产业链中，直接将太阳能光转换为直流电能的太阳能电池的生产是光伏产业链中最关键的一环。产业链中上游为太阳能级多晶硅生产企业，其次为硅片生产企业，下游为电池片生产企业、电池组件系统制造企业以及太阳能应用系统开发企业。因此，太阳能光伏产业将带动许多产业链的同步发展。根据光伏行业产业链特点，结合生产过程的工艺和技术，初步绘制了光伏行业产业链技术路线图，见图3。
图3 光伏行业产业链技术路线图
3 光伏产业链技术路线图的应用研究——以保定为例
3.1多晶硅产能“过剩”的思考
作为光伏产业链中利润最丰厚的硅原料生产，自然成为资本追逐的热点。光伏产业的井喷式增长直接刺激了原材料价格的飞速上涨，在巨额利润的驱使之下，资本沿着太阳能电池产业链逆流而上，把焦点锁定于太阳能级多晶硅。过去几年，硅料价格一路上涨，价格失去理性，严重偏离生产成本，这是非常不正常的。产业的超常规发展必然会导致市场供需的逆转，这从2009年多晶硅价格的变动趋势中可以初见端倪。前两年由石油危机和石油炒家推高石油价格所引发的太阳能电池和多晶硅的建设热潮，在华尔街金融危机突发的冲击下，突然停止和降温。特别是世界经济的全面衰退，全球股市暴跌，石油暴跌，影响到世界经济格局发生了巨大的变化，硅行业也毫不例外地受到了巨大的冲击。前两年全世界大力发展的多晶硅生产厂陆续投入生产并进入市场，迫使硅材料的价格大幅下降，而且这种趋势还可能进一步发展下去，直到硅材料与太阳能电池和半导体之间寻求到一个市场的平衡点为止。
在2009年下半年市场供需平衡被打破以及世界金融危机双重因素的影响下，对我国硅材料和太阳能电池行业将产生巨大的影响，价格的进一步下跌，将使世界太阳能电池、半导体和硅材料行业的格局发生根本性变化。
由于中国还没有启动太阳能电池的需求市场，所生产太阳能电池的98％以上都需出口。而太阳能电池的需求大国为了保护本国该行业利益，将压缩或暂停太阳能电池片的进口，势必对我国太阳能电池和硅材料行业产生巨大影响，导致硅材料价格的提前和加速下跌，甚至可能引起我国该行业的运转困难。同样，由于硅材料市场价格的大幅度降低，使太阳能电池成本也同时大幅度降低，这将进一步促进了太阳能电池的普及使用和消费，反过来市场又刺激硅材料及太阳能电池产业的大发展，是“机会”也是“挑战”。如果技术进一步发展，太阳能电池的成本就基本与常规能源价格持平，那么太阳能产业的发展将前途无量。
3.2光伏产业技术路线图的应用——以保定英利新能源为例
保定英利公司是目前中国第一家也是唯一一家拥有完整光伏产业链的企业，主要从事硅料、晶体硅硅锭、硅片、太阳电池、组件、控制—逆变器、光伏系统工程及光伏应用产品的研究、制造、销售和服务。公司从硅料的生产到应用系统的安装调试都可以独立完成。目前像英利新能源这样拥有完整的光伏产业链将是未来光伏行业的发展趋势。完整产业链可以使光伏产品从各个环节降低生产成本，保证产品质量，从而提高市场竞争力，使得光伏并网成为可能。英利新能源在拥有完整产业链的同时，还拥有多项自主知识产权。
到目前为止，针对多晶硅冶炼工艺，国内还没有完全自主创新的技术。客观地说，自主开发多晶硅冶炼工艺的难度还是比较大的，原有的产业基础相对比较弱。2009年投产的六九硅业是英利旗下全资生产硅料子公司，硅料生产采用新硅烷法闭环式生产，生产过程中可以提供太阳能电池所需的原料硅，唯一的副产物硫酸盐可以作为产品销售给其他的化工企业。闭环式工艺中很多中间产物可以循环利用从而降低生产成本，实现清洁生产。英利公司自主生产硅原料，改变了以往中国企业硅料靠进口的情况，从而使整个产业链的生产成本大大降低，为太阳能发电上网电价大幅降低提供了条件。
太阳能光伏电池片制作工序是整个太阳能光伏产业链的核心环节，其工艺技术的发展对上下游产业都有较大的影响。目前在工业化的生产中主要以晶体硅和薄膜技术为主。晶体硅和薄膜太阳能光伏电池是现在乃至未来十年的两大主要技术阵营，晶体硅太阳能电池以高转化效率在过去和现在都主导着光伏市场，占有了市场约80％的份额。而薄膜电池在原有转化效率上突破性的进展以及相对低廉的成本在近两年吸引了投资者更多的关注，处于发展期。就目前英利新能源的电池转换效率已经能够达到16.2％，英利公司正致力于研究一种新型电池片，多晶硅电池的转换效率可到达17％，这将是具有划时代意义的进步。
英利公司是全套引进欧、美具有世界领先水平的生产技术和设备，从原料到铸锭，再到切割成硅片，所应用的技术和设备很多都依赖进口。而我国太阳能光伏产业链的产销链条两头在外：九成以上的原材料依赖进口，九成以上的产品出口。虽然国内太阳能光伏电池生产技术基本上与国际同步，但是相关产业链不健全，原材料和生产设备几乎全部依赖进口，原材料受制于人，不仅成为制约我国光伏产业跨越式发展的最大障碍，还在一定程度上造成了行业的无序，使得产业下游成品表现为有价无市，产业利润更多集聚在上游。目前，硅提纯技术基本控制在日本的Tokuyama、三菱、住友公司，美国的Hemlock,Asimi,SGS,MEMC公司，德国的Wacker公司几大厂商手中。英利新能源主要生产设备和原材料大部分来自德国、日本、美国等少数发达国家，以至于价格一直居高不下。因此，要使产业最大化的降低成本，必须要发挥产业链和相关产业配套的模式，从根本上降低成本，提高竞争力。
3.3新能源产业链构筑新能源产业基地
保定太阳能产业发展迅速，拥有两家晶硅电池生产厂家(英利、隆基泰和)、三家薄膜电池生产厂家(天威、风帆、乐凯)、切割液回收专业公司(赛锡科技)、光伏专业气体公司(法国液化空气集团)以及英利产业链一体化配套投资项目，在业内具有一定的影响力。其中，以英利公司为核心的太阳能设备相关配套产业快速成长，公司销售收入由2003年的1039万元迅速扩展到2008年的76亿元。2007年，英利YGE成为河北省首个在纽交所主板上市的企业。英利公司已经崛起为中国光伏发电制造产业的领军企业。
光伏产业是技术含量很高的综合性高技术产业，因技术障碍而导致的成本高、市场小是光伏产业发展的重大制约因素。通过产业链的延伸可以带动了相关应用产品的互补，同时促进企业围绕市场进行技术应用和开发。如切割硅片所用到的钢线，几乎全靠进口，钢线制造业属于高技术行业，技术门槛比较低，所以有利于国内企业打破技术垄断自主研发，从而实现钢丝耗材国产化。还有如氮化硅减反射膜、铝背材料、切割机浆液等生产技术。国内设备厂商在光伏产业的发展上，可以通过有效渠道进行沟通，加快国内光伏设备的产业化进程。
太阳能产业作为一项具有巨大开发潜力的新兴能源产业，它的发展与壮大，同时也拉动了光伏LED照明等应用产业的迅猛发展。配套产业不断完善，产业链日益延伸，企业规模壮大，市场范围将越来越广。在保定地区相关产品研发与生产的企业，已经从2005年的十几家发展到目前以英利、白云科技、赛能光电、世纪星光、大正、维特瑞、格林光电、光谱电子、宝新世纪、荣毅通讯、腾辉光电、东大太阳能等为代表的六十多家企业。
此外，在太阳能产业迅速发展的过程中，保定以光伏发电产业链和风力发电产业链为核心，辅以相关的输变电及电力自动化产业、新型储能产业、高效节能产业作为配套的新能源产业格局，产业链条日趋完备，初步显现出新兴产业集聚效应，形成了较为完整的新能源与能源设备产业体系。
4 结束语
产业的持续健康发展，要依靠产业链上每一个环节的同步提升。技术路线图正是一套系统的技术经济分析方法，对未来技术、经济和社会发展进行的系统研究。产业技术路线图通过建立技术、产品、市场之间的有机联系，可以从未来市场和产品需求出发提出要求，使技术研发有了明确目标和市场应用前景，同时各项技术研发能够形成有机整体和相互协调。产业技术路线图所解决的并非是某些单一技术，而是通过设计产业技术路线图，将把产品从位于产业上游的外延、生产、到位于产业下游的产品封装、产品应用每个环节里所涉及的关联、直系企业纳入系统整体考虑。使产业内的企业可以明晰在产业链各个环节的位置，预判未来市场所需要的技术和产品需求，通过“市场—技术—产品—产业”的发展过程，引导产业内的企业共同研发协作，合理配置各地区技术、资源、资金和人才，科学有序地发展产业，有效调整产业结构，提升整体产业的发展水平。
在2005-2009年期间，科技部科技型中小企业技术创新基金从申报太阳能项目的339家中小企业中选择支持了109个项目(见图4)。申报项目数量逐年递增，所支持的项目在处于产业前端的硅材料、电池和组件各占10％左右，支持的方向逐步向应用系统和应用产品倾斜，引导通过培育和发展应用市场，提升太阳能产业的整体技术水平，促进产业的合理布局。
图4 2005-2009年创新基金支持太阳能项目情况
建议：(1)产业布局发展应慎重。目前，国内光伏产业非理性投资、低水平重复建设现象严重，晶体硅及晶体硅太阳能电池的产能盲目扩张，各地纷纷发展太阳能光伏产业基地，其面临的风险将不容小觑。硅原料价格风险的进一步加剧、非晶硅产品替代的风险、企业之间恶性竞争、终端产品的供需关系失衡将会导致我国进一步沦为太阳能电池的低成本代加工地。要运用产业技术路线图的科学方法，根据现有产业的分布，结合各地的具体情况实现优势互补，防止分散、无序的竞争，避免互相倾轧。进行合理的产业布局与整合，要慎重选择在合适的区域发展适合当地发展的光伏生产，例如，长三角、珠三角等电力紧张的区域不宜安排多晶硅原料提纯、拉晶或铸锭等高耗能产业；内地不宜安排太阳能电池、应用产品等主要依赖出口的企业。而像硅材料提纯，其现有规模尽管很小，但由于属于高技术、大资本、高耗能、高污染的行业，发展要格外慎重，不可盲目扩大产量。
(2)加强产业内的关联，促进光伏应用市场的发展。一方面，要立足开发新技术、新工艺，突破产业中的关键技术和难点，同时也要提升配套装备的技术水平，降低产品的生产成本；另一方面，当前我国光伏产业发展的瓶颈是国内应用市场启动缓慢。光伏产业的下游企业，除太阳能电池组件的生产和安装外，还包括太阳能电池并网在发电工程的具体应用以及太阳能光伏电池与建筑材料、机电产业的结合利用，特别是光伏集成建筑、风光互补等方面。要促进相关产业相互融合发展，并伴随着产业链的延伸不断修正和调整产业技术路线图，将科技与经济有机结合，发挥技术创新在产业发展中的引领作用。
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