欄目導航

世界太陽能利用現狀及我太陽能發展的思考

2010年11月17日 10:00   來源:深圳市新能源行業協會

    太陽能以其儲量的“無限性”、存在的普遍性、開發利用的清潔性以及逐漸顯露出的經濟性等優勢,其開發利用是最終解決常規能源特別是化石能源帶來的能源短缺、環境污染和溫室效應等問題的有效途徑,是人類理想的替代能源。

    當前,太陽能開發利用技術及其推廣應用突飛猛進,1997年,全球太陽能電池的銷售量增加了40%,成為全球發展最快的能源。太陽能熱水器已形成行業,正以其優良的性能價格比不斷地沖擊燃氣、電熱水器市場;太陽能熱電站也已商業化,是大型太陽能電站的希望所在;光電技術發展更快,表現在光電轉換效率的不斷提高和光電池制造成本的不斷下降以及各種新型太陽能電池的問世。各國對太陽能的開發利用給予了極大關注,突出表現在各國政府推出的光伏計劃,如德國的“千頂計劃”,日本的“朝日七年計劃”以及美國的“百萬屋頂計劃”等。以色列在其房屋太陽能熱水器安裝率達80%的情況下,更是明文規定,凡新建房屋必須配置太陽能熱水器。我國太陽能開發利用有其成功之處,但也存在諸多問題和不足。

    在綜合分析我國太陽能開發利用現狀的基礎上,對進一步發展我國太陽能產業進行了如下思考:①重視太陽能開發利用,迎接太陽能經濟時代;②加大投資力度,實施強化的光電發展戰略;③加大政策優惠程度,扶植太陽能熱水器行業;④發揮資源優勢,轉化產業優勢。

    在跨入21世紀之際,人類將面臨實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰,在有限資源和環保嚴格要求的雙重制約下發展經濟已成為全球熱點問題。而能源問題將更為突出,不僅表現在常規能源的匱乏不足,更重要的是化石能源的開發利用帶來了一系列問題,如環境污染,溫室效應都與化石燃料的燃燒有關。目前的環境問題,很大程度上是由于能源特別是化石能源的開發利用造成的。因此,人類要解決上述能源問題,實現可持續發展,只能依靠科技進步,大規模地開發利用可再生潔凈能源。太陽能以其獨具的優勢,其開發利用必將在21世紀得到長足的發展,并終將在世界能源結構轉移中擔綱重任,成為21世紀后期的主導能源。

    1太陽能與化石能源的簡要比較

    1.1化石能源帶來的問題

    (1)能源短缺

    由于常規能源的有限性和分布的不均勻性,造成了世界上大部分國家能源供應不足,不能滿足其經濟發展的需要。從長遠來看,全球已探明的石油儲量只能用到2020年,天然氣也只能延續到2040年左右,即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年〔1〕。因此,如不盡早設法解決化石能源的替代能源,人類遲早將面臨化石燃料枯竭的危機局面。

    (2)環境污染

    當前,由于燃燒煤、石油等化石燃料,每年有數十萬噸硫等有害物質拋向天空,使大氣環境遭到嚴重污染,直接影響居民的身體健康和生活質量;局部地區形成酸雨,嚴重污染水土。這些問題最終將迫使人們改變能源結構,依靠利用太陽能等可再生潔凈能源來解決。

    (3)溫室效應

    化石能源的利用不僅造成環境污染,同時由于排放大量的溫室氣體而產生溫室效應,引起全球氣候變化。這一問題已提到全球的議事日程,其影響甚至已超過了對環境的污染,有關國際組織已召開多次會議,限制各國CO2等溫室氣體的排放量。

    1.2陽能資源及其開發利用特點

    (1)儲量的“無限性”

    太陽能是取之不盡的可再生能源,可利用量巨大。太陽每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW,其中到達地球的能量高達8×1013kW,相當于6×109t標準煤。按此計算,一年內到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約1.892×1013千億t,是目前世界主要能源探明儲量的一萬倍〔2〕。太陽的壽命至少尚有40億年,相對于人類歷史來說,太陽可源源不斷供給地球的時間可以說是無限的。相對于常規能源的有限性,太陽能具有儲量的“無限性”,取之不盡,用之不竭。這就決定了開發利用太陽能將是人類解決常規能源匱乏、枯竭的最有效途徑。

    (2)存在的普遍性

    雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻,但相對于其他能源來說,太陽能對于地球上絕大多數地區具有存在的普遍性,可就地取用。這就為常規能源缺乏的國家和地區解決能源問題提供了美好前景。

    (3)利用的清潔性

    太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣,其開發利用時幾乎不產生任何污染,加之其儲量的無限性,是人類理想的替代能源。

    (4)利用的經濟性

    可以從兩個方面看太陽能利用的經濟性。一是太陽能取之不盡,用之不竭,而且在接收太陽能時不征收任何“稅”,可以隨地取用;二是在目前的技術發展水平下,有些太陽能利用已具經濟性,如太陽能熱水器一次投入較高,但其使用過程不耗能,而電熱水器和燃氣熱水器在使用時仍需耗費,有關研究結果表明〔3〕,太陽能熱水器已具很強的競爭力。隨著科技的發展以及人類開發利用太陽能的技術突破,太陽能利用的經濟性將會更明顯。

    1.321世紀后期太陽能將占主導地位

    世界各國,尤其發達國家對21世紀的能源問題都特別關注。由于化石能源儲量的有限性和利用的污染性,各國專家都看好太陽能等可再生能源,盡管目前太陽能的利用僅在世界能源消費中占很小的一部分。如果說20世紀是石油世紀的話,那么21世紀則是可再生能源的世紀,太陽能的世紀。據權威專家估計〔4〕,如果實施強化可再生能源的發展戰略,到下世紀中葉,可再生能源可占世界電力市場的3/5,燃料市場的2/5。在世界能源結構轉換中,太陽能處于突出位置。美國的馬奇蒂博士對世界一次能源替代趨勢的研究結果(如圖1所示)表明,太陽能將在21世紀初進入一個快速發展階段,并在2050年左右達到30%的比例,次于核能居第二位,21世紀末太陽能將取代核能居第一位〔5〕。殼牌石油公司經過長期研究得出結論,下一世紀的主要能源是太陽能;日本經濟企劃廳和三洋公司合作研究后則更樂觀地估計,到2030年,世界電力生產的一半將依靠太陽能〔2〕。正如世界觀察研究所的一期報告所指出:正在興起的“太陽經濟”將成為未來全球能源的主流。其最新一期報告則指出,1997年全球太陽電池的銷售量增長了40%,已成為全球發展最快的能源①①。

    2太陽能開發利用技術及其產業化的現狀與發展趨勢

    人類利用太陽能已有幾千年的歷史,但發展一直很緩慢,現代意義上的開發利用只是近半個世紀的事情。1954年美國貝爾實驗室研制出世界上第一塊太陽電池,從此揭開了太陽能開發利用的新篇章。之后,太陽能開發利用技術發展很快,特別是70年代爆發的世界性的石油危機有力地促進了太陽能開發利用。經過近半個世紀的努力,太陽能光熱利用技術及其產業異軍突起,成為能源工業的一支生力軍。迄今為止,太陽能的應用領域非常廣泛,但最終可歸結為太陽能熱利用和光利用兩個方面。太陽能利用的具體形式和用途如圖2所示〔2〕。

    2.1太陽能熱利用及其產業發展

    根據可持續發展戰略,太陽能熱利用在替代高含碳燃料的能源生產和終端利用中大有用武之地。從圖2可以看出,太陽能熱利用具有廣闊的應用領域,可歸納為太陽能熱發電(能源產出)和建筑用能(終端直接用能),包括采暖、空調和熱水。當前太陽能熱利用最活躍、并已形成產業的當屬太陽能熱水器和太陽能熱發電。

    2.1.1太陽能熱水器

    在世界范圍內,太陽能熱水器技術已很成熟,并已形成行業,正在以優良的性能不斷地沖擊電熱水器市場和燃氣熱水器市場。國外的太陽能熱水器發展很早,但80年代的石油降價,加之取消對新能源減免稅優惠的政策導向,使工業發達國家太陽能熱水器總銷售量徘徊在幾十萬平方米。據報道,1992年國外太陽能熱水器總量為45萬m2,其中日本為20萬m2,美國為12萬m2,歐洲為8萬m2,其他國家為5萬m2。世界環境發展大會之后,許多國家又開始重視太陽能熱水器在節約常規能源和減少排放CO2方面的潛力,僅據美國加州首府薩克門托市的計劃,到2000年太陽能熱水器將取代該州47000套家用電熱水器;到2000年日本太陽能熱水器的擁有量將翻一番;以色列更是明文規定,所有新建房屋必須配備太陽能熱水器。目前,我國是世界上太陽能熱水器生產量和銷售量最大的國家。1992年銷售量為50萬m2,為世界其他各國銷售量之和;1995年銷售量翻番,達100萬m2。據初步統計,1997年我國太陽能熱水器銷售量300萬m2,目前,我國從事太陽能熱水器研制、生產、銷售和安裝的企業達到1000余家,年產值20億元,從業人數1.5萬人能源工程,1999,(1):59。但從房屋的熱水器安裝率來說,以色列已達80%,日本為11%,臺灣達2.7%.〔6〕.,我國在千分之幾左右,其太陽能熱水器的推廣應用潛力仍很大。國際上,太陽能熱水器產品經歷了悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發展,目前其產品的發展方向仍注重提高集熱器的效率,如將透明隔熱材料應用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層,以減少熱量損失;聚脂薄膜的透明蜂窩已在德國和以色列批量生產。

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