太陽能和可再生能源的關(guān)系

【專家解說】：太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能源的一種，則是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域；通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。 二十世紀(jì)50年代，太陽能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大技術(shù)突破：一是1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6％的實(shí)用型單晶硅電池，二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層。這兩項(xiàng)技術(shù)突破為太陽能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 70年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能和可再生能源的熱潮。1973年，美國制定了政府級的陽光發(fā)電計(jì)劃，1980年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計(jì)投入達(dá)8億多美元。1992年，美國政府頒布了新的光伏發(fā)電計(jì)劃，制定了宏偉的發(fā)展目標(biāo)。日本在70年代制定了“陽光計(jì)劃”，1993年將“月光計(jì)劃”（節(jié)能計(jì)劃）、“環(huán)境計(jì)劃”、“陽光計(jì)劃”合并成“新陽光計(jì)劃”。德國等歐共體國家及一些發(fā)展中國家也紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。90年代以來聯(lián)合國召開了一系列有各國領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會議，討論和制定世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃、國際太陽能公約，設(shè)立國際太陽能基金等，推動全球太陽能和可再生能源的開發(fā)利用。開發(fā)利用太陽能和可再生能源成為國際社會的一大主題和共同行動，成為各國制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。 太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的由氫聚變成氦的熱核反應(yīng)，以E＝MC2 （M為物質(zhì)的質(zhì)量，C為光速）的關(guān)系進(jìn)行質(zhì)能轉(zhuǎn)換（1克物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為9´ 1013焦耳能量），并不斷向宇宙空間輻射出巨大的能量。太陽每秒鐘向太空發(fā)射的能量約3.8´ 1020 MW，其中有22億分之一投射到地球上。投射到地球上的太陽輻射被大氣層反射、吸收之后，還有約70％投射到地面。盡管如此，投射到地面上的太陽能一年中仍高達(dá)1.05´ 1018kWh，相當(dāng)于1.3´ 106億噸標(biāo)煤，其中我國陸地面積每年接收的太陽輻射能相當(dāng)于2.4´ 104億噸標(biāo)煤。按照目前太陽質(zhì)量消耗速率計(jì)，太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)足以維持6´ 1010年，相對于人類發(fā)展歷史的有限年代而言，可以說是“取之不盡、用之不竭”的能源。 地球上太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣候條件有關(guān)。資源豐度一般以全年總輻射量（單位為千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年）和全年日照總時(shí)數(shù)表示。就全球而言，美國西南部、非洲、澳大利亞、中國西藏、中東等地區(qū)的全年總輻射量或日照總時(shí)數(shù)最大，為世界太陽能資源最豐富地區(qū)。 三、地?zé)崮? 一、地?zé)豳Y源概念 地?zé)豳Y源是指在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)環(huán)境條件下，地殼內(nèi)能夠科學(xué)、合理地開發(fā)出來的巖石中的熱能量和地?zé)崃黧w中的熱能量及其伴生的有用組分。 地?zé)豳Y源按其在地下的賦存狀態(tài)，可以分為水熱型、干熱巖型和地壓型地?zé)豳Y源；其中水熱型地?zé)豳Y源又可進(jìn)一步劃分為蒸汽型和熱水型地?zé)豳Y源。 各種類型地?zé)豳Y源，均要通過一定程序的地?zé)岬刭|(zhì)勘查研究工作，才能查明地?zé)豳Y源數(shù)量、質(zhì)量和開采技術(shù)條件以及開發(fā)后的地質(zhì)環(huán)境變化情況。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度，目前地?zé)豳Y源勘查的深度可達(dá)到地表以下5000m，其中2000m以淺為經(jīng)濟(jì)型地?zé)豳Y源，2000m至5000m為亞經(jīng)濟(jì)型地?zé)豳Y源。資源總量為；可供高溫發(fā)電的約5800MW以上，可供中低溫直接利用的約2000億噸標(biāo)煤當(dāng)量以上。總量上我國是以中低溫地?zé)豳Y源為主。 二、成生與分布 地?zé)豳Y源的成生與地球巖石圈板塊發(fā)生、發(fā)展、演化及其相伴的地殼熱狀態(tài)、熱歷史有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，特別是與更新世以來構(gòu)造應(yīng)力場、熱動力場有著直接的聯(lián)系。從全球地質(zhì)構(gòu)造觀點(diǎn)來看，大于150℃的高溫地?zé)豳Y源帶主要出現(xiàn)在地殼表層各大板塊的邊緣，如板塊的碰撞帶，板塊開裂部位和現(xiàn)代裂谷帶。小于150℃的中、低溫地?zé)豳Y源則分布于板塊內(nèi)部的活動斷裂帶、斷陷谷和坳陷盆地地區(qū)。 地?zé)豳Y源賦存在一定的地質(zhì)構(gòu)造部位，有明顯的礦產(chǎn)資源屬性，因而對地?zé)豳Y源要實(shí)行開發(fā)和保護(hù)并重的科學(xué)原則。 通過地質(zhì)調(diào)查，證明我國地?zé)豳Y源豐富，分布廣泛，其中盆地型地?zé)豳Y源潛力在2000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量以上。全國已發(fā)現(xiàn)地?zé)狳c(diǎn)3200多處，打成的地?zé)峋?000多眼，其中具有高溫地?zé)岚l(fā)電潛力有255處，預(yù)計(jì)可獲發(fā)電裝機(jī)5800MW，現(xiàn)已利用的只有近30MW。 目前全國29個(gè)省區(qū)市進(jìn)行過區(qū)域性地?zé)豳Y源評價(jià)，為地?zé)衢_發(fā)利用打下了良好基礎(chǔ)。幾十年來地礦部門列入國家計(jì)劃，進(jìn)行重點(diǎn)勘探，進(jìn)行地?zé)醿α吭u價(jià)的大、中型地?zé)崽镉?0多處，主要分布在京津冀、環(huán)渤海地區(qū)、東南沿海和藏滇地區(qū)。全國已發(fā)現(xiàn)： 1）高溫地?zé)嵯到y(tǒng)，可用于地?zé)岚l(fā)電的有255處，總發(fā)電潛力為5800MW·30A，近期至2010年可以開發(fā)利用的10余處，發(fā)電潛力300MW。 2）中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)，可用于非電直接利用的2900多處，其中盆地型潛在地?zé)豳Y源埋藏量，相當(dāng)于2000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。主要分布在松遼盆地、華北盆地、江漢盆地、渭河盆地等以及眾多山間盆地如太原盆地、臨汾盆地、運(yùn)城盆地等等，還有東南沿海福建、廣東、贛南、湘南、海南島等。目前開發(fā)利用量不到資源保有量的千分之一，總體資源保證程度相當(dāng)好。 四、海洋能 海洋能源通常指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質(zhì)能等。究其成因，潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力變化，其他均源于太陽輻射。海洋能源按儲存形式又可分為機(jī)械能、熱能和化學(xué)能。其中，潮汐能、海流能和波浪能為機(jī)械能，海水溫差能為熱能，海水鹽差能為化學(xué)能。 近20多年來，受化石燃料能源危機(jī)和環(huán)境變化壓力的驅(qū)動，作為主要可再生能源之一的海洋能事業(yè)取得了很大發(fā)展，在相關(guān)高技術(shù)后援的支持下，海洋能應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，為人類在下個(gè)世紀(jì)充分利用海洋能展示了美好的前景。 我國有大陸海岸線長達(dá)18000多公里，有大小島嶼6960多個(gè)，海島總面積6700平方公里，有人居住的島嶼有430多個(gè)，總?cè)丝?50多萬人。沿海和海島既是外向型經(jīng)濟(jì)的基地，又是海洋運(yùn)輸和開發(fā)海洋的前哨，并且在鞏固國防，維護(hù)祖國權(quán)益上占有重要地位。改革開放以來，隨著沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海島開發(fā)迫在眉睫，能源短缺嚴(yán)重地制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。外商和華僑因海島能源缺乏，不愿投資；駐島部隊(duì)用電困難，不利于國防建設(shè)；特別是西沙、南沙等遠(yuǎn)離大陸的島嶼，依靠大陸供應(yīng)能源，因供應(yīng)線過長，諸多不便，非常艱苦。為了保證沿海與海島經(jīng)濟(jì)持久快速地發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，尋求解決能源供應(yīng)緊張的途徑已刻不容緩。 我國海洋能開發(fā)已有近40年的歷史，迄今建成的潮汐電站8座，80年代以來浙江、福建等地對若干個(gè)大中型潮汐電站，進(jìn)行了考察、勘測和規(guī)化設(shè)計(jì)、可行性研究等大量的前期準(zhǔn)備工作?？傊?，我國的海洋發(fā)電技術(shù)已有較好的基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，小型潮汐發(fā)電技術(shù)基本成熟，已具備開發(fā)中型潮汐電站的技術(shù)條件。但是現(xiàn)有潮汐電站整體規(guī)模和單位容量還很小，單位千瓦造價(jià)高于常規(guī)水電站，水工建筑物的施工還比較落后，水輪發(fā)電機(jī)組尚未定型標(biāo)準(zhǔn)化。這些均是我國潮汐能開發(fā)現(xiàn)存的問題。其中關(guān)鍵問題是中型潮汐電站水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)問題沒有完全解決，電站造價(jià)急待降低。 我國波力發(fā)電技術(shù)研究始于70年代，80年代以來獲得較快發(fā)展，航標(biāo)燈浮用微型潮汐發(fā)電裝置已趨商品化，現(xiàn)已生產(chǎn)數(shù)百臺，在沿海海域航標(biāo)和大型燈船上推廣應(yīng)用。與日本合作研制的后彎管型浮標(biāo)發(fā)電裝置，已向國外出口，該技術(shù)屬國際領(lǐng)先水平。在珠江口大萬山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一臺裝機(jī)容量3kW的裝置，1990年已試發(fā)電成功?！鞍宋濉笨萍脊リP(guān)項(xiàng)目總裝機(jī)容量20kW的岸式波力試驗(yàn)電站和8kW擺式波力試驗(yàn)電站，均已試建成功?？傊?，我國波力發(fā)電雖起步較晚，但發(fā)展很快。微型波力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，小型岸式波力發(fā)電技術(shù)已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。但我國波浪能開發(fā)的規(guī)模遠(yuǎn)小于挪威和英國，小型波浪發(fā)電距實(shí)用化尚有一定的距離。 潮流發(fā)電研究國際上開始于70年代中期，主要有美國、日本和英國等進(jìn)行潮流發(fā)電試驗(yàn)研究，至今尚未見有關(guān)發(fā)電實(shí)體裝置的報(bào)導(dǎo)。我國潮流發(fā)電研究始于70年代末，首先在舟山海域進(jìn)行了8kW潮流發(fā)電機(jī)組原理性試驗(yàn)。80年代一直進(jìn)行立軸自調(diào)直葉水輪機(jī)潮流發(fā)電裝置試驗(yàn)研究，目前正在采用此原理進(jìn)行70kW潮流試驗(yàn)電站的研究工作。在舟山海域的站址已經(jīng)選定。我國已經(jīng)開始研建實(shí)體電站，在國際上居領(lǐng)先地位，但尚有一系列技術(shù)問題有待解決。 海洋被認(rèn)為是地球上最后的資源寶庫，也被稱作為能量之海。21世紀(jì)海洋將在為人類提供生存空間、食品、礦物、能源及水資源等方面發(fā)揮重要作用，而海洋能源也將扮演重要角色。從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的可行性，可持續(xù)發(fā)展的能源資源以及地球環(huán)境的生態(tài)平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作為成熟的技術(shù)將得到更大規(guī)模的利用；波浪能將逐步發(fā)展成為行業(yè)。近期主要是固定式，但大規(guī)模利用要發(fā)展漂浮式；可作為戰(zhàn)略能源的海洋溫差能將得到更進(jìn)一步的發(fā)展，并將與海洋開發(fā)綜合實(shí)施，建立海上獨(dú)立生存空間和工業(yè)基地；潮流能也將在局部地區(qū)得到規(guī)?；瘧?yīng)用。 潮汐能的大規(guī)模利用涉及大型的基礎(chǔ)建設(shè)工程，在融資和環(huán)境評估方面都需要相當(dāng)長的時(shí)間。大型潮汐電站的研建往往需要幾代人的努力。因此，應(yīng)重視對可行性分析的研究。目前，還應(yīng)重視對機(jī)組技術(shù)的研究。在投資政策方面，可以考慮中央、地方及企業(yè)聯(lián)合投資，也可參照風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)，在引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，由國外貸款。 波浪能在經(jīng)歷了十多年的示范應(yīng)用過程后，正穩(wěn)步向商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展，且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技術(shù)潛力。依靠波浪技術(shù)、海工技術(shù)以及透平機(jī)組技術(shù)的發(fā)展，波浪能利用的成本可望在5—10年左右的時(shí)間內(nèi)，在目前的基礎(chǔ)上下降2—4倍，達(dá)到成本低于每千瓦裝機(jī)容量1萬元人民幣的水平。 中國在波能技術(shù)方面與國外先進(jìn)水平差距不大?？紤]到世界上波能豐富地區(qū)的資源是中國的5-10倍，以及中國在制造成本上的優(yōu)勢，因此發(fā)展外向型的波能利用行業(yè)大有可為，并且已在小型航標(biāo)燈用波浪發(fā)電裝置方面有良好的開端。因此，當(dāng)前應(yīng)加強(qiáng)百千瓦級機(jī)組的商業(yè)化工作，經(jīng)小批量推廣后，再根據(jù)歐洲的波能資源，設(shè)計(jì)制造出口型的裝置。由于資源上的差別，中國的百千瓦級裝置，經(jīng)過改造，在歐洲則可達(dá)到兆瓦級的水平，單位千瓦的造價(jià)可望下降2—3倍。 從21世紀(jì)的觀點(diǎn)和需求看，溫差能利用應(yīng)放到相當(dāng)重要的位置，與能源利用、海洋高技術(shù)和國防科技綜合考慮。海洋溫差能的利用可以提供可持續(xù)發(fā)展的能源、淡水、生存空間并可以和海洋采礦與海洋養(yǎng)殖業(yè)共同發(fā)展，解決人類生存和發(fā)展的資源問題。需要安排開展的研究課題為：基礎(chǔ)方面，重點(diǎn)研究低溫差熱力循環(huán)過程，解決高效強(qiáng)化傳熱及低壓熱力機(jī)組以及相應(yīng)的熱動力循環(huán)和海洋環(huán)境中的載荷問題。建立千瓦級的實(shí)驗(yàn)室模擬循環(huán)裝置并開展相應(yīng)的數(shù)值分析研究，提供設(shè)計(jì)技術(shù)；在技術(shù)項(xiàng)目方面，應(yīng)盡早安排百千瓦級以上的綜合利用實(shí)驗(yàn)裝置，并可以考慮與南海的海洋開發(fā)和國土防衛(wèi)工程相結(jié)合，作為海上獨(dú)立環(huán)境的能源、淡水以人工環(huán)境（空調(diào)）和海上養(yǎng)殖場的綜合設(shè)備。 中國是世界上海流能量資源密度最高的國家之一，發(fā)展海流能有良好的資源優(yōu)勢。海流能也應(yīng)先建設(shè)百千瓦級的示范裝置，解決機(jī)組的水下安裝、維護(hù)和海洋環(huán)境中的生存問題。海流能和風(fēng)能一樣，可以發(fā)展“機(jī)群”，以一定的單機(jī)容量發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，從而達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)以降低成本的目的。 五、生物質(zhì)能 生物質(zhì)能是蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。煤、石油和天然氣等化石能源也是由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變而來的。生物質(zhì)能是可再生能源，通常包括以下幾個(gè)方面：一是木材及森林工業(yè)廢棄物；二是農(nóng)業(yè)廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物；六是動物糞便。在世界能耗中，生物質(zhì)能約占14％，在不發(fā)達(dá)地區(qū)占60％以上。全世界約25億人的生活能源的90％以上是生物質(zhì)能。生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn)是燃燒容易，污染少，灰分較低；缺點(diǎn)是熱值及熱效率低，體積大而不易運(yùn)輸。直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10％一30％。目前世界各國正逐步采用如下方法利用生物質(zhì)能： 1．熱化學(xué)轉(zhuǎn)換法，獲得木炭、焦油和可燃?xì)怏w等品位高的能源產(chǎn)品，該方法又按其熱加工的方法不同，分為高溫干餾、熱解、生物質(zhì)液化等方法； 2．生物化學(xué)轉(zhuǎn)換法，主要指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產(chǎn)品； 3．利用油料植物所產(chǎn)生的生物油； 4．把生物質(zhì)壓制成成型狀燃料(如塊型、棒型燃料)，以便集中利用和提高熱效率。 生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。有關(guān)專家估計(jì)，生物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀(jì)中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40％以上。 目前，生物質(zhì)能技術(shù)的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計(jì)劃，如日本的陽光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計(jì)劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)?shù)谋戎?。目前，國外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用程度，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營，以美國、瑞典和奧地利三國為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，分別占該國一次能源消耗量的4％、16％和 l0％。在美國，生物質(zhì)能發(fā)電的總裝機(jī)容量已超過10000兆瓦，單機(jī)容量達(dá)10—25兆瓦；美國紐約的斯塔藤垃圾處理站投資2 OOO萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣，用于發(fā)電，同時(shí)生產(chǎn)肥料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應(yīng)用最有特色的國家，實(shí)施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計(jì)劃，目前乙醇燃料已占該國汽車燃料消費(fèi)量的50％以上。美國開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精的技術(shù)，建立了 l兆瓦的稻殼發(fā)電示范工程，年產(chǎn)酒精2500噸。 我國是一個(gè)人口大國，又是一個(gè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的國家，21世紀(jì)將面臨著經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。因此改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，開發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。 開發(fā)利用生物質(zhì)能對中國農(nóng)村更具特殊意義。中國80％人口生活在農(nóng)村，秸稈和薪柴等生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料。盡管煤炭等商品能源在農(nóng)村的使用迅速增加，但生物質(zhì)能仍占有重要地位。1998年農(nóng)村生活用能總量3.65億噸標(biāo)煤，其中秸稈和薪柴為2.07億噸標(biāo)煤，占56.7％。因此發(fā)展生物質(zhì)能技術(shù)，為農(nóng)村地區(qū)提供生活和生產(chǎn)用能，是幫助這些地區(qū)脫貧致富，實(shí)現(xiàn)小康目標(biāo)的一項(xiàng)重要任務(wù)。 1991年至1998年，農(nóng)村能源消費(fèi)總量從5.68億噸標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)展到6.72億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增加了18.3％，年均增長2.4%。而同期農(nóng)村使用液化石油氣和電炊的農(nóng)戶由1578萬戶發(fā)展到4937萬戶，增加了2倍多，年增長達(dá)17.7％，增長率是總量增長率的6倍多?？梢婋S著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村對于優(yōu)質(zhì)燃料的需求日益迫切。傳統(tǒng)能源利用方式已經(jīng)難以滿足農(nóng)村現(xiàn)代化需求，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢在必行。