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太阳能时代即将到来
发布时间:2010-11-01     

  四年前,中科院院士侯祥麟在接受《科学时报》采访时说:“要提前考虑2050年怎么办。”当时他着重讲的是石油问题。

  事实上,他认为应该把情况“放大”到整个能源问题。如今,能源问题已经不仅是一个科学问题,也是一个人文问题。当代科学技术的发展已经从过去的原子能时代转向太阳能时代。他说,中国需要像50多年前抓“两弹一星”一样,抓再生能源的研究和开发,直至实现现代化。

  持续发展

  中国需要

  不竭能源

  为什么中国需要大力发展可再生能源?重要理由是中国要成为创新型国家。

  中国正在走新型工业化道路,既要节约能源、节约资源,同时又要不失时机地实现工业化。而中国的工业化又是史无前例的工业化,是15亿~16亿人口的工业化。

  虽然工业化阶段是不可逾越的,但技术可以逾越,尤其是能源技术,必须实现跨越。能源是发展的硬约束条件,只有可再生能源,才是真正“取之不尽,用之不竭”的能源。不论从当前的发展,还是从长远的发展来说,中国都需要及早地过渡到可再生能源的开发利用上来。

  进一步来说,中国加强可再生能源的开发利用,是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路,也是人类社会实现可持续发展的必由之路。

  首先在经济方面,它是开发西部的需要。西部地区可再生能源资源丰富,占全国资源总量的70%以上,发展可再生能源,必将带动西部地区经济的发展,同时保护好西部地区的生态环境。

  其次,大力发展可再生能源,是解决农村用能及边远地区用电和生态建设的需要。现在我国边远地区仍有700万农户没有电力供应,有的农民连基本的生活用能都没有保障。

  第三,可再生能源的利用,也是提高能源供应安全的需要。可再生能源属于本地资源,可以解决本地的能源供应危机。如今,我国小轿车所需石油,50%以上来自中东,不久就要超过60%,能源安全问题非常严重。因此,发展可再生能源,可以大幅度提高能源供应安全。

  可以初步预测,在21世纪,可再生能源将逐步替代原先的化石能源。其中的太阳能,将会成为21世纪最大的产业,可再生能源将成为全球新的经济增长点。

  可再生能源的时代到了

  我国电力消耗平均每年上升1亿千瓦,2010年,我国电力消耗估计在9亿千瓦。那么再过20年后,电力消耗将上升到30亿千瓦。面对着如此大的能源需求,中国要选择什么样的能源道路?我们来作几个设想:

  天然铀资源短缺,是世界性问题

  如果中国继续走以核能为主导的能源道路,行不行得通?问题显而易见:中国的天然铀资源供应不足。天然铀是核能的源泉,但目前我国的天然铀资源,仅能支撑50座标准核电站连续运行40年。

  而我国中长期的规划已经规定了要在2020年前建造80座标准核电站,大量的天然铀该从何处来?不是自己开发,就是从他国进口。同时根据最新统计数据表明,地球上已知的常规铀储量,包括潜在储量,仅可供目前全世界1000座热核堆电站使用60年左右。所以,天然铀资源短缺,不仅是中国的问题,也是一个世界性的问题。

  快中子增殖堆技术,价格昂贵

  既然资源稀少,那么就用新技术来弥补。核反应的新技术之一,是快中子增殖堆,它可以等价地将资源扩大60倍。

  但问题也紧随而至:价值昂贵和核扩散的问题无法解决。我国现正在从事钠冷却的快中子实验堆的研究,已知投入的经费是26亿元人民币,其预期电能产出将是 25兆瓦,即其投资平均至少为每千瓦10万元人民币。而通常压水堆或重水堆的投资,约是每千瓦1.4万~1.7万人民币。

  可想而知,未来的快中子增殖堆的电价可能相当昂贵。并且,快中子增殖堆的技术,在世界范围内均未完全成熟。

  受控热核反应,走向商业化遥遥无期

  另一种就是通过受控热核反应来解决能源危机。但是这也是不切实际的。

  当前,用此种方式产生电能,最乐观的估计也仅认为到2050年才能走向商业化,悲观的估计认为至少要到2100年!而严重的问题是:这种方式的发电成本及高,其电价将至少是当前核电的10倍!

  可再生能源有“无限潜力”

  而反观可再生能源,在技术上已经比较成熟。虽然太阳能的技术还未完全成熟,但太阳能的资源无限,并已找到有望实现大幅降低发电成本,直至和火力发电相竞争的现实的技术途径。所以,可再生能源,是当前能源领域中的先进生产力,先进生产力必将最终取代或淘汰落后的生产力。中国必须将尽可能地转向可再生能源为主导的能源结构。

  目前,可再生能源主要有水能、生物质能、风能和太阳能。我们分别作个比对:

  水能发电,目前是大力发展的最佳时机

  2010年上半年,我国共有电力装机9亿千瓦,其中水电装机2亿千瓦。已知中国水能资源约是7亿千瓦,其中技术可开发是5.4亿千瓦,经济可开发约是4亿千瓦。

  我们建议在15~20年内,国家共投入2万亿元人民币,将剩余可开发的约3亿千瓦的水电资源,都开发出来!

  有许多理由支持中国需要大力发展水电。当前需要排除的是极端环保人士的偏见,以及妥善解决移民问题。其实,当前是中国大力发展水电的最佳时机。

  物能发电,光合作用效率不高

  中国约有6~7亿吨标准煤当量的生物质能。可以考虑在农村中大量开发生物质能,但光合效应的效率仅为0.2%,而太阳能转化率已高达20%,很难期望用生物质能做为中国的主导能源,但有望和太阳能、风能、小水电等,共同合作成为主导农村需要的能源。

  生物质能的缺点是,资源总量有限,但能补充解决可再生能源在时间上有间隙性、或分布不均的重大缺点。

  但是,中国的生物质能毕竟有6~7亿吨标准煤当量。我以为,其最佳利用方式,是将大量的桔杆经过发酵制成酒精,这将能大幅度缓解机动车和轮船用油的需求。但是,秸秆的发酵,往往要大量消耗化石能源,有点得不偿失。但如果用太阳能取代所消耗的化石能源,就将成为极有发展前景的产业。

  风能发电,技术已经比较成熟

  中国在10米高空的风电资源是2.53亿千瓦,海上约是7.5亿千瓦。由于风电的资源将和风速的三次方成正比,所以如果扩展到50米高空,将是 20~25亿千瓦。最新的估算是32.5亿千瓦。现在发展的大风机已进入80~100米的高空,所以有望大幅度增加中国的风电资源。

  风电成本已具有市场竞争能力,在国外,风电成本已下降到和煤电成本相当,甚至比煤电还要低廉一些,并仍在不断下降中。

  中国的风电正在迅速发展之中。其遭遇的困难是电网难以消化吸收。其重大发展方向,必定是和抽水储能电站相结合。

  发展太阳能,资源丰富潜能大

  诱人的数据是,中国的太阳能资源将至少是风能资源的100倍,中国每年接收到的太阳能是总消耗的一次能源的600倍!

  一个简单的设想是:中国的沙漠地区,将能集中地提供丰富的太阳能。我国现有沙漠约52万平方公里,有沙漠化土地17.6万平方公里,潜在沙漠化土地 15.8万平方公里,三者共计为85.4万平方公里。这些沙漠,每年能提供1.28×10的14次方度电。以火力发电的年运转时为6400小时来计算,上述太阳能供电将等价于2×10的10次方千瓦的电力装机。如以每标准核电站能提供106千瓦的电功率来计算,那么85万平方公里的沙漠地区,将能提供约 20000座核电站的电功率。

  当然,一个需要注意的问题是:当前太阳能发电成本约是火电的3倍左右。那么在未来的发展中,太阳能发电有无可能下降到和火力发电相竞争的水平?

  科学家的预计是,太阳能发电,尤其是太阳能光发电,能比核能发电有更大价格下降的空间,尤其是当前蓬勃发展中的第三代光伏发电技术,或又称绿色光伏发电技术,甚至可能下降到比煤发电成本更为低廉!

  因此,人类的未来,将是一个太阳能时代的未来。

  能源开发是一场“潜伏”战

  可再生能源的大规模的利用,也存在着很大间隙性和局限性。一个基本的理由是:有风有电,有太阳才有电,甚至生物质能、水能也受季节的影响。但是这可以通过各种形式的调峰电站来解决。

  比如在浙江新昌,有一个系列小水电发电站,总装机容量不大,供电约一万千瓦,对于新昌县来说是一笔很大的财富。可是这个发电站的发电时间却只有2200 小时,县里的负责人说,因为它受雨季的影响,不下雨就发不了电。其实,只要增加太阳能或者是风能抽水设备,将水源源不断的供应,一年的供电量就可以达到原来的4倍之多。

  大力发展可再生能源是一种趋势,但是可再生能源产业发展,还面临许多问题和障碍,主要是,多数可再生能源技术发电,成本过高和市场容量相对狭小。目前,除了小水电外,中国可再生能源发电成本,远高于常规能源发电成本。所以在发展再生能源时,还需要关注到方方面面。可以想象,可再生能源“潜伏”战,会比想象中打得更加艰难。

 

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