2030年，太陽能超過核電

盡管太陽能具有諸多優(yōu)點(diǎn)，仍有一個問題不可回避。既然它目前在世界能源版圖上依然處于邊緣地位，何以確定它能在短短幾十年后取代化石能源呢？太陽能要想實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，就應(yīng)該采取“擴(kuò)張地盤”的策略。自從上個世紀(jì)70年代末以來，太陽能光電板的安裝面積每年都增長至少30%。換言之，這一安裝面積每10年增長至少12倍。目前，全世界的太陽能發(fā)電總量相當(dāng)于十幾座核電站或熱電站產(chǎn)量的總和。只要這個發(fā)展勢頭持續(xù)下去，那么到2030年，太陽能發(fā)電的裝機(jī)總量就將達(dá)到l 000吉瓦，從而超過核電。

那么我們到底能不能使太陽能邁開大步發(fā)展呢？ 2013年，美國加利福尼亞州的一個太陽能電場建成投產(chǎn)，它能夠生產(chǎn)1 300兆瓦的電力，產(chǎn)能相當(dāng)于一座核反應(yīng)堆。而到了2050年，太陽能發(fā)電將占到美國電力的70%！若這一預(yù)測得以實(shí)現(xiàn)，美國的納稅人在2020年以前就要支付高達(dá)3 000億美元的前期投入，這無疑是一筆耗資巨大的開銷。

未來10年，美國政府將投入1 500億美元來擺脫對于化石能源的依賴。這可不僅僅是出于保護(hù)環(huán)境的考慮，要知道自從1945年以來，保障石油供應(yīng)安全就成了華盛頓揮之不去（且耗資極巨）的一項重大戰(zhàn)略關(guān)注點(diǎn)。太陽能要在2050年滿足巴黎市的電力需求，就要建設(shè)超過90平方千米的太陽能光電接收器。而且，考慮到天氣狀況和夜間無法生產(chǎn)的因素，這種設(shè)施每年只能工作44天！顯然，光電技術(shù)是無法滿足大規(guī)模需求的。不過，一種不將光能直接轉(zhuǎn)化成電能而是先轉(zhuǎn)化成熱能（溫度可以高達(dá)數(shù)百度）電站的出現(xiàn)，則很有可能令情況徹底改觀。

就在并不久遠(yuǎn)的過去，太陽能電站的產(chǎn)能最多還只能達(dá)到數(shù)十兆瓦；而現(xiàn)在，一些太陽能電站已經(jīng)能夠生產(chǎn)數(shù)百兆瓦的電力了，其產(chǎn)能完全可以和一些火電站相提并論了。

發(fā)展“干凈”能源

為了抵制石油價格的瘋漲，1973年美國人提出了建造太陽能熱電站的方案。方案計劃在石油產(chǎn)量回歸正常之前，在加利福尼亞的莫哈韋沙漠建造9座太陽能熱電站，其中有8座至今仍在運(yùn)行。這種電站的原理很簡單。一排排的柱狀半圓弧面鏡（即將一個圓柱體縱向剖開后的形狀）將陽光集中反射到一根管道上，而管道中循環(huán)著一種合成油。這樣一來，油受熱，溫度上升至390℃，便通過一個交換器將熱量傳送給一個蒸汽壓力回路。而后者帶動渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。這樣一套系統(tǒng)能將16%的太陽能轉(zhuǎn)化成電能。

那么，人們?yōu)槭裁礇]有大批量地建造這類設(shè)施呢，因?yàn)槠渖a(chǎn)成本（包括反光鏡、油……）居高不下，與傳統(tǒng)電站生產(chǎn)的電力價格相比，毫無競爭力。其次，要使這些設(shè)施產(chǎn)生效益，就要保障其擁有充足的運(yùn)行時間，而這需要陽光，極大量的陽光。雖然說，符合這種條件的地方有很多——比如美國南部、地中海沿岸、澳大利亞、印度和中國的廣袤地區(qū)……但那通常都是些距離工業(yè)中心非常遙遠(yuǎn)的沙漠地帶。而石油（或核能）的效益更高且能就近發(fā)電。再者，陽光是一種間隔性的能量源。由于缺乏貯存直流電的方法，這類太陽能電站到了夜晚就無法生產(chǎn)了。成本、產(chǎn)量、貯存……這些長期困擾人們的難題正在被克服！首先，人們完善了接收陽光的技術(shù)。以色列的一家能源公司已經(jīng)使用輕質(zhì)高效的材料生產(chǎn)出了結(jié)構(gòu)更簡單價格更低廉的反光鏡。它能將溫度抬升至700℃。這樣一來就能使蒸汽壓力提升1倍，將電站的效益提高幾個百分點(diǎn)。

柱狀半圓弧面鏡并不是收集寶貴陽光的唯一辦法。其他系統(tǒng)還有用鏡面接收陽光的塔樓，能將熱量聚焦的球體、價格低廉的平面鏡等等。這諸多辦法各有短長，而它們的共同目標(biāo)則是將太陽能發(fā)電的生產(chǎn)成本降低到原先的1/4。

改進(jìn)貯存方案

從電力貯存角度看，另一種辦法正在浮出水面。將一部分的產(chǎn)量轉(zhuǎn)移貯存到裝有熔解鹽（硝酸鈉和硝酸鉀）的罐中。這種物質(zhì)能夠很好地貯存熱量，然而由于其具有腐蝕性，人們直到上世紀(jì)90年代才開始掌握其應(yīng)用技術(shù)。

這樣貯存下來的熱量便能夠在夜間（或陰雨天）被用來繼續(xù)發(fā)電。當(dāng)然，現(xiàn)在還做不到“24小時全天候”生產(chǎn)。但西班牙的一座實(shí)驗(yàn)電廠已經(jīng)能夠貯存8小時的產(chǎn)量。而且這方面的研究正在取得快速的進(jìn)展。美國國家能源研究實(shí)驗(yàn)室正在研究一種“納米束”，即由50～500個鋁原子組成的粒子群，其熱性能比起由更大粒子組成的相同材料的熱性能要好得多。它們能夠貯存的熱量是目前同樣體積熔解鹽的2～3倍，甚至是5倍。其實(shí)際應(yīng)用應(yīng)該會在2016年～2020年間開始。而到那時，由于真正的“電力高速公路”的建成，電力傳輸過程中的損耗中也會得到能量：全天候生產(chǎn)的保障在太陽能熱電站中，陽光將液體加熱，后者將熱量傳導(dǎo)給一個蒸汽回路，就像在傳統(tǒng)的熱電站（核電站或火電站）中一樣。一部分熱量被貯存在裝有具備載熱性能的熔解鹽的罐中，這樣就能保證即使在夜間也能產(chǎn)生蒸汽。而在遇到陰天的時候，太陽能板的效能盡管有所下降，但還是能和所貯存的熱量一起保障電力生產(chǎn)。

中國在行動

傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時全球還有20億人得不到正常的能源供應(yīng)。這個時候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。越來越多的國家開始實(shí)行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源。如美國的“光伏建筑計劃”、歐洲的“百萬屋頂光伏計劃”、日本的“朝日計劃”，以及我國已開展的“光明工程”等。它們在建筑領(lǐng)域掀起節(jié)能環(huán)保生態(tài)建材的開發(fā)應(yīng)用熱潮，極大地促進(jìn)了太陽能在新型建材產(chǎn)品中的應(yīng)用。

近10年來，中國的太陽能利用產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展。特別是太陽能熱水器，已初步形成較為完善的產(chǎn)業(yè)體系。據(jù)預(yù)測，今后10年內(nèi)，太陽熱水器將以20%左右的速度增長，全國城鄉(xiāng)家庭使用太陽能熱水器的戶數(shù)將達(dá)總戶數(shù)的25%。太陽能空調(diào)作為近幾年新發(fā)展起來的太陽能利用方式，也已經(jīng)有了較為成熟的產(chǎn)品，有望走進(jìn)百姓生活。

有關(guān)資料顯示，我國大部分地區(qū)太陽能資源豐富，太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2 000小時，理論儲量達(dá)每年17 000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，陸地面積每年接受的太陽輻射能相當(dāng)于上萬個三峽工程發(fā)電量的總和。

太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬千瓦，如果把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6×10¹²千瓦時，相當(dāng)于目前全世界能耗的40倍。豐富的太陽能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。相信在不久的將來，我們的生活將實(shí)現(xiàn)“到處陽光到處電”。