碳中和最重要目的就是减少含碳温室气体的排放，采用合适的技术固碳，最终达到平衡；为达到碳中和，预计到2060年，清洁电力将成为能源系统的配置中枢。供给侧以光伏+风电为主，辅以核电、水电、生物质发电和对应的储能配套设施（锂电+氢能等）；需求侧全面电动化，并辅以氢能多方位利用。《中国可再生能源发展路线图2050》，指出到2050年，一次能源供应量为34亿吨标准煤，可再生能源占比达到62%，逐步摆脱对化石能源的依赖，实现能源结构的调整是不可逆转的前进方向。
清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括可再生能源。狭义的绿色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能。这些能源消耗之后能够恢复补充，很少产生污染。广义的清洁能源则包括在能源的生产、及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源，如天然气、清洁煤、核能等。
现阶段，全球电力结构以不可再生能源为主，但可再生能源占全球电力生产结构的比例呈逐年上升的趋势。在可再生能源中，水力发电占主导地位，除风电外，发展速度最快的为光伏发电。
从长期来看，我国的能源形势非常严峻，同时能源生产与环境的矛盾也越来越大。从可持续发展的战略眼光来看，开发利用清洁能源势在必行。清洁能源不仅解决了能源短缺的危机，也解决了能源与环境的盾。而能源材料又是各类能源中的关键组成部分，因此研究和开发用于节能、贮能、发电、太阳能应用相关材料，对能源的合理应用，对新能源和清洁、无污染可再生能源的开发都将有着重大的理论意义和应用前景。
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与其它能源相比，太阳能具有很多优点，例如:(1)地球上一年接受的太阳能总量远远大于人类对能源的需求量。(2)分布广泛，不需要开采和运输。(3)不存在枯竭问题，可以长期使用。(4)安全卫生，对环境无污染等。因此太阳能必将在未来的能源结构中占有重要的地位，目前其开发利用已经受到人们高度重视，并取得较大的进展。
全球光伏装机量持续增长
根据IRENA研究，2050年全球光伏累计装机量将达到14000GW。2020年全球光伏累计装机量为725GW，由此推算2020~2050三十年间年复合增长率为10.4%，长期空间及成长确定性极高。从短期角度看，预计2021年全球新增光伏装机量为150~170GW，海外光伏装机新增量约为100GW。
光伏产业原料的产量逐年递增
中国多晶硅料产量连续七年位居全球首位，2019年中国多晶硅产量为34.4万吨，同比增长32.3%，约占全球产量的67.3%。2020年多晶硅产能约为48.5万吨。单晶硅片以其提纯效果稳定、转换效率高以及九洲官网(中国)股份有限公司质量好的优势将逐步取代多晶硅片；单晶硅片的市场份额有望在2025年达到73%，然而多晶硅片的市场份额预计在2025年将下降到27%
光伏发电成本持续降低，中国光伏产业链进一步增长
光伏发电成本持续降低，加快其替代不可再生能源发电的进程，随着光伏度电成本的下降，将为光伏电站带来更多盈利空间，以及人们用电成本降低，盈利增长将带动下游需求增长，从而可推动光伏发电逐步替代不可再生能源发电，如传统燃煤发电。
在产能方面，中国光伏电池片产量增长迅速，从2010年的10.8GW增长到2019年的108.6GW，受下游光伏电站扩张的影响，在未来5年内，电池片产量将进一步增长
太阳能光伏的问题
太阳能虽然拥有取之不尽且无污染的优点，但也存在不稳定的缺陷，受昼夜、天气以及季节影响明显。这在光伏发电直接表现为，包括发电量波动大、对电网稳定性不利、并网难等一系列问题。同时我国还存在光能富集区（西北）远离电力负荷区（东南沿海）的现象，有比较明显的供需错配，导致出现“弃光弃电”，造成浪费。
风能是空气流动所产生的动能。由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀，引起大气层中压力分布不平衡，在水平气压梯度的作用下，空气沿水平方向运动形成风。风能资源的总储量非常巨大，一年中技术可开发的能量约5.3X10^13千瓦时。风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，但它的能量密度低（只有水能的1/800），并且不稳定。在一定的技术条件下，风能可作为一种重要的能源得到开发利用。风能利用是综合性的工程技术，通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。
风力发电行业有序发展，七年翻了接近三倍
在2013-2020年，我国累计并网装机容量有序增长并在全球范围内的占比整体呈现上升趋势。据国家能源局统计数据显示，2019年，我国风电装机容量达到了21005万千瓦，在全球累计风电装机容量的占比大致为32.29%，较上年上升约1个百分点。2020年上半年，全国新增风电并网装机632万千瓦，其中陆上风电新增装机526万千瓦、海上风电新增装机106万千瓦。截止到2020年上半年，全国风电累计装机2.17亿千瓦，其中陆上风电累计装机2.1亿千瓦、海上风电累计装机699万千瓦。
海上风电发展迅速 10年内规模竟扩大46倍
由于海上风电具有资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、不消耗水资源和适宜大规模开发的特点，近年来中国将风力发展的重点放在了海上风电上。
2010-2020年，我国海上风电并网装机容量发展迅速，年增长率保持在30%以上，而且在未来也有很大的发展空间。根据国家能源局的数据，2019年，我国海上风电累计装机593万千瓦，同比增速33.56%；新增装机容量为198万千瓦。2020年上半年，我国海上风电累计装机699万千瓦，比同期增速17.88%；新增装机容量为106万千瓦。
我国风电发展趋势
据国家能源局统计数据显示，2013年以来，我国海上发电市场份额稳步提升，2013年，海上发电累计装机容量为45万千瓦，仅占总体的0.58%，到2019年，增长至593万千瓦，占总体的2.82%，2020年市场份额进一步提升，截至上半年，海上风电累计装机容量占总体比重上升至3.22%，预计未来，海上风电市场份额将进一步提升。
氢能是公认的清洁能源，也是21世纪最具有发展前景的二次能源，具有清洁低碳、高热值、高转化率等多方面优势。在碳中和背景下，我国能源结构将逐渐由化石能源为主导向清洁能源过渡，氢能的发展对于能源领域节能减排、深度脱碳、提高利用效率有着不可或缺的作用。
氢能，一直被认为是一种终极能源，氢气相比于其他燃料其燃烧产物最清洁，基本只产生无污染的水，而且燃烧产生的水又可以继续制氢，反复利用。其次，氢气燃烧的比能量高，除核燃料以外氢气的发热值是所有燃料中最高的，是汽油发热值的3倍。再者，它“轻如鸿毛”，作为我们了解到的最轻的物质，即使是加压液化后的液态氢，密度也不及钢铁的1/10，这种低密度的性质使得它可以减轻燃料自重，增大运输工具的有效载荷量，从而有效降低运输成本。
氢能的利用与制造
氢能的利用，将让人类告别碳基能源。2000年，氢的生产成本是石油的40倍，到2010年，这一比例已降至15倍，如今其成本约为石油成本的两倍，盈亏平衡在望。
我国当前的氢源主要来自工业副产氢、煤制氢和天然气制氢。根据中国煤炭工业协会公开数据显示，2020年中国氢气产量超过2500万吨，其中煤制氢所产氢气占62%、天然气制氢占19%，工业副产气制氢占18%，电解水制氢占1%左右。
大型加氢站依旧匮乏
要利用氢作为能源，必须解决氢的储存和运输问题，用高压气瓶储氢或以液态、固态储存都不经济也不安全。据报道，美国能源部在全部氢能研究经费中约有50%用于氢的储存研究。据GGII不完全统计，截至2020年12月31日，全国在建和已建加氢站共181座，已经建成124座，其中2020年总计建成加氢站55座。在2020年国内建成的124座加氢站中，105座有明确的加注能力。
我国兼具发展氢能的产业基础和应用市场
根据中国氢能联盟的预计，到2030年，中国氢气需求量将达到3,500万吨，在终端能源体系中占比5%。到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到10%，氢气需求量接近6,000万吨，可减排约7亿吨二氧化碳，产业链年产值约12万亿元。
氢能发展趋势
燃料电池(FC)是将化学能直接转化为电能的电化学装置。简单地讲，是反应物燃料与空气中的氧发生电化学反应而获得电能和热能的装置。能量的转化过程为化学能直接转化成电能和热能，形成的电能为低压直流电能。它是继水力发电，热能发电和核能发电之后的第四种发电技术。
截止2020年底，我国燃料电池汽车保有量7352辆，我国燃料电池汽车已进入商业化初期。
而近年来清洁能源的快速发展为电解水制氢创造了良机：一方面，可再生能源发电制氢可实现全周期内的零碳排放，实现真正的绿氢生产；另一方面，随着风电、光电等成本下降以及平价上网，制氢成本也将持续下降。在“3060碳达峰碳中和”政策背景下，风光电等清洁能源装机量将持续高速增长，绿氢或迎来快速发展期。根据中国氢能联盟预测，到2050年可再生能源电解制氢占比将达到70%。
在我国电力需求的强力拉动下，我国水力发电行业进入快速发展期，其经济规模及技术水平都有显著提高。
建设投资有所增长
我国有丰富的水能资源，理论蕴藏量为6.9亿千瓦，经济可开发装机容量近4亿千瓦。为实现到2020年非化石能源占我国一次能源的比重将提高到15%目标，核电在我国一次能源的比重将占到4%，风电、太阳能和其他非化石能源可占到2%，其余至少有9%的比重要靠水电来完成，因此水电的战略地位显得非常突出。
近年来，我国水电建设投资额呈现波动增长的态势。2019年，我国水电投资完成额为814亿元，2020年1-4月，投资完成额为212亿元。
水电装机容量不断增长
水电装机容量也逐年增长，但随着主要水电站的投产建成，近年来新增水电装机容量也在逐年下降。2019年，全国新增水电装机容量417万千瓦。预计未来几年，随着国家节能减排力度的不断增强、煤价不断上涨抑制火电装机、水电火电上网价格趋同，新增水电装机容量会有所回升，但增速会受到水电资源条件限制。
发电比重持续震荡
无论是装机容量，还是发电量，中国水电都是一骑绝尘，大幅领先于其他国家。但以开发程度来看，发达国家水能资源开发程度总体较高，瑞士、法国、意大利已超八成，我国水电开发程度为37%，虽高于全球平均值，但与发达国家相比仍有较大差距。
从中国水力发电量占总发电量比重变化情况来看，2012-2019年，我国水力发电量占总发电量的比重在16%-20%之间波动运行，近年来隐隐有下滑的态势。2019年，我国水力发电量为13044.38亿千瓦时，占全国发电量的17.38%。水力发电量占全国发电量的比重仍需提升，水力发电建设还需再接再厉。
