空氣污染降低了中國太陽能潛力

中國正在迅速擴大太陽能發(fā)電，希望到2030年太陽能能滿足全國10%的用電需求。但問題是嚴(yán)重的空氣污染阻擋了太陽光，大大降低了中國太陽能的輸出量，特別是在中國的北部和東部地區(qū)。這個問題在冬天就最嚴(yán)重，根據(jù)普林斯頓大學(xué)的研究，這些地區(qū)的空氣污染平均阻擋了約20%的陽光照射到太陽能電池板組件陣。這樣冬季空氣污染對太陽能發(fā)電的影響與長期認(rèn)為的作為太陽能發(fā)電主要障礙的云層的影響一樣大。

發(fā)表在《美國科學(xué)院論文集》的研究論文表明，在中國北部和東部污染最嚴(yán)重的地區(qū)，氣溶膠污染是太陽能發(fā)電能力每天降低了每平方米1.5 kW·h，或高達(dá)35%。這些電能足以讓真空吸塵器工作1 h，清潔12 lb衣物或在筆記本電腦上工作5 h～10 h。化石燃料燃燒會增加大氣中的氣溶膠濃度。其他研究人員已經(jīng)認(rèn)識到，包括硫酸鹽、硝酸鹽、黑碳微粒和棕色有機化合物在內(nèi)的這些氣溶膠正在導(dǎo)致中國大部分地區(qū)的太陽光變暗。但之前的研究未能計算出大氣中有多少氣溶膠正在降低中國的太陽能發(fā)電效率。

普林斯頓大學(xué)土木與環(huán)境工程系博士應(yīng)試生，論文主要作者Xi-aoyuan(Charles)Li表示，像中國和印度等空氣嚴(yán)重污染的發(fā)展中國家正在迅速發(fā)展太陽能發(fā)電，但往往忽視了氣溶膠在其規(guī)劃中的作用，而這可能是一個應(yīng)考慮的重要因素。為了計算到達(dá)地面上太陽能電池板組件陣的太陽輻射量，科學(xué)家們采用稱為太陽能光伏績效的模型，結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)，這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)是用美國宇航局(NASA)儀器測得的太陽輻射量，分析了大氣中的氣溶膠成分和云層。2003年到2014年他們進行了9次覆蓋全中國的獨立分析，比較了在有和內(nèi)有跟蹤太陽在空中移動的技術(shù)的情況下，氣溶膠與云層對太陽能發(fā)電的影響。杰出能源教授、加州大學(xué)伯克利分校可再生能源與適用能源實驗室主任Daniel Kammen(沒有參與研究)認(rèn)為，“特別是發(fā)電廠、車輛、生物質(zhì)燃燒和沙塵暴等自然事件造成的微粒污染可能成為太陽能發(fā)電的主要障礙。”他說，這項研究采用嚴(yán)格的“大氣化學(xué)模型”來量化污染如何影響到達(dá)地面的太陽輻射量，具有諷刺意味的是，這也可以用來確定清潔能源較少碳排放的效益。

Li說，研究結(jié)果將進一步刺激中國和印度等國家減少氣溶膠排放量，從而減少污染，除了已知的健康效益外，還可更迅速地增加太陽能發(fā)電量。Li還表示，這樣還可產(chǎn)生良性循環(huán)，因為太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還可減少對化石燃料的依賴，從而減少有礙太陽能發(fā)電的排放。這樣就可向電網(wǎng)輸送更多的太陽能電力，從而又會進一步減少對化石燃料的需求。研究結(jié)果也可以幫助確定在住處建設(shè)新的太陽能電池陣。中國的氣溶膠污染主要集中在工業(yè)化、城市化地區(qū)，而偏遠(yuǎn)的人口稀少地區(qū)則空氣清潔得多。如果研究能量化因空氣污染而減少的太陽能發(fā)電量，政策制定者就可權(quán)衡從較潔凈地區(qū)向污染較重地區(qū)輸送電力的成本與陽光較多地區(qū)建太陽能電池陣增加的電力的收益。環(huán)境工程與國際事務(wù)教授Denise L.Mauzerall說：“因云層而減少的太陽能發(fā)電量是過去主要的關(guān)注點。”他是Li的指導(dǎo)老師并協(xié)助開展這項研究。他認(rèn)為，“這次是在確定太陽能光伏電池的發(fā)電能力時首次考慮大氣污染問題。”他們的下一個項目，研究人員將把其分析擴展到世界其他地區(qū)，包括空氣污染程度與中國相同的印度。除了研究大氣中的空氣污染物如何通過吸收陽光來減少發(fā)電量外，他們還將研究空氣污染物如何通過污染太陽能電池板本身而減少發(fā)電量的。