太阳能时代即将到来 能源开发是潜伏战

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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。
8 V+ \* w- E' v: ]* I! e　　持续发展
　　中国需要
　　不竭能源
2 V8 Z8 c9 e: `) I2 Z" L　　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。
  I/ J' o' z- [3 {3 \+ w' |　　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。
) J, G+ j# j, F  R! ]" p2 e2 U　　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。
. Q3 R1 F- T3 U1 r　　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。
7 @$ m& c+ a% ]　　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。
/ E( m9 a9 q" l　　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。
' A+ p& w/ D4 n( o　　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：
+ M* y7 a# a2 b  R  L( P　　●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。
; y* D3 e9 G/ z( a, K5 j& K. p0 k　　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
% O+ p- C' H5 S+ N* B3 _　　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。
# {7 f5 Q! B: L$ y' _3 G　　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
5 y# [+ O7 L5 e, [. w9 [　　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！
& }. b( `8 O% B2 i4 y# d, ^  d4 K7 I　　可再生能源有“无限潜力”
. |9 G( B: i& v0 q, L) e　　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：
$ V7 N" b6 Q$ ?　　●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。
8 M' M  b2 R) O& v　　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。
1 `1 @) b* @; u9 q; E　　●生物能发电，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。
$ Z% _% ^0 s6 Z+ `; i　　●风能发电，技术已经比较成熟
7 j% p. l* u/ m( T' w7 @, W# m　　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。
0 }+ z8 d) e/ k% s+ t( u6 Z　　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。
& ?. a- o2 _- B2 b　　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？
# s/ H! T( r! A　　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
! E% {* @7 l7 ~2 G) h　　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。
& S  z2 O- `) w. q' h' j) S　　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。