構建太陽能電網干預氣候的可行性初探

李 歐 （貴州大學數學與統計學院，貴州 貴陽 550025）

0 前言

自工業革命以來，人類大量開采和使用化石能源，對地球環境造成了極大破壞，水能的使用一定程度上對河流流域內生態產生影響，核能的使用存在一定的安全風險，風能的隨機性對電網的穩定運行有一定沖擊，作者從利用太陽能電網干預（調節）氣候的角度對這些問題進行可行性探析。

1 蝴蝶效應的啟示

蒂姆·富蘭納瑞說，地球的氣候在千百年中究竟是如何變化的，哪怕是最細微的氣候不平衡，也會造成多么深遠和令人意外的后果，從颶風到熱浪，每一個氣候現象都不能孤立地看待[1]。從樓蘭古國的消失到毛烏素沙漠的形成，就是人類不斷改變生態，生態變化又引起氣候變化，相互促進的結果。單獨孤立的一座太陽能發電站或許對局部地區氣候影響有限，但如果將大量分布于不同地域（地點）的太陽能電站進行組網，科學調度、偕同工作、系統放大干預大氣運動，就可能產生“蝴蝶效應”，讓不同地域（地點）的氣候向著有利于地球環境和人類生存的方向改善。

2 太陽能電網干預（預調微調）氣候帶來的效益

人類目前使用能源（能量）的總量僅相當于太陽輻射到地球上能量的很少一部分，如果能較大規模的收集和利用太陽能，就可以大幅減少對傳統化石能源的依賴，從而減少溫室氣體和有害氣體排放、減少霧霾、酸雨的發生、減少因全球變暖而頻發的極端氣候事件，減緩冰川融化等地球生態惡化現象，降低人類因能源供給緊張而使用核能產生的安全風險，減少人為改變自然河流運動規律而導致的流域生態等問題，人類可持續發展道路就越走越穩。

3 構建全球太陽能電網系統干預（預調微調）地域氣候的總體構想

利用全球分布的太陽能發電設施（電站）將到達地球表面的太陽能轉化為電能，改變不同地點（地域）的地表氣溫和氣壓（本質上是到達地球上能量在地球表面的重分布），組網集成偕同調度，利用系統放大效應（蝴蝶效應），共同對地球大氣運動進行干預，改變不同地域（地點）可能或正在發生的天氣事件（地表降水的時間和空間分布等），從而向著有利于地球環境和人類生存方向改善。

3.1 基礎條件

①空間條件：地球表面有大量的沙漠、荒漠，大量的人工構筑物（建筑、公路），大面積的水域（海洋），大量的廢棄礦區等，均可建設太陽能設施。

全球分布的大量太陽能發電設施組網運行，可以有效減輕因晝夜交替，天氣變化（陰晴），南北半球季節更替等產生的電網波動，可以少建甚至不建儲能設施，最大限度減少孤立太陽能發電站的各種弊端，使電網運行更加持續、穩定、高效。

②技術條件：現代信息采集和傳輸技術可以隨時、持續獲取全球范圍內大量不同地點（地域）的大量氣象信息（數據）。現代氣象科學的發展可以更精準的預測和闡明不同地域（地點）未來或正在發生的氣候事件產生的因素和可行的干預（預調微調）方式方法，生態科學和環境科學可以為正向干預確定方向。大型計算設施和大數據分析技術可以快速生成干預（預調微調）的最佳方案。現代制造業可以提供整個電網需要的各種硬件設備，智能電網管理系統可以保證整個電網各個電站電能上網、電力傳輸、使用分配等環節的穩定、高效運行。

③內在動力：傳統石化能源的開采和使用對地球環境和人類生存環境的破壞日益嚴重，人類開發和利用核能過程中，出現的多起安全事故引起的恐懼和焦慮，本質上講化石能源和核能使用就是對地球表面原有熱量（溫度）平衡的改變，是額外增加的能量，對全球變暖有一定的推動作用。水電站對河流流域內生態的影響，風力發電的波動性和隨機性對電網平穩運行的沖擊。世界范圍內越來越多的國家和民眾對氣候變化問題逐漸形成的共識，以及由中國提出，并被聯合國確立的“人類命運共同體理論”等都構成了探索綠色、可持續發展途徑的強大內在動力。

3.2 運行構想

3.2.1 目標設定

①減輕未來可能發生且有巨大危害的極端天氣。例如通過改變局部地區的氣溫和氣壓干預、誘導颶風運行線路，使其偏離可能對人類生命財產安全造成巨大損失的登陸地點和路線；干預誘導大量持續降雨地區的范圍，以減少洪澇災害。

②通過改變局部地區的溫度，干預誘導大氣運動（富水云層）線路，實現空中調水（天河工程），起到減澇救旱作用。尤其在我國，南北降雨分布不均衡，對經濟社會發展造成一定制約，空中調水一定程度上可以改善降雨分布不平衡問題。

③干預降雨分布，逐漸改善生態環境，例如我國部分地區因干旱缺水，造成草原退化和荒漠化等問題得以解決。

④干預大氣運行線路，增強重霧霾天氣城市大氣擴散條件等。

⑤為人類經濟社會發展提供持續、綠色的能源供給。

3.2.2 運行方式

利用現代氣象知識和技術手段，預測和跟蹤未來一段時間內，地球大氣運動可能在不同地點（地域）發生的氣象事件及影響因素。利用大數據平臺及時生成“目標天氣”的最優太陽能電網干預方案，智能指令網內所有發電設施偕同工作，持續跟蹤，不斷優化調整，不斷趨近目標效果。

4 構建全球太陽能系統微調局部氣候的途徑

在發展初期，建設相當數量和規模的太陽能發電設施（電站），并局部組網，隨著認識的不斷深入和技術進步，積累大量數據后開始大面積組網，在世界各國對人類共同命運體理念認識成熟后，進行相鄰國家間組網，逐步實現洲際間的大跨度范圍內組網，最終建成統一的指令生成中心（調度中心）。

5 現階段存在的問題

①太陽能發電設施（設備）的能量轉化率偏低。

②太陽能發電設施運行對局部地點（地域）氣溫、氣壓影響的關聯性研究深度不足。

③對太陽能電網所產生的“蝴蝶效應”的研究還不夠深入，干預（預調微調）的有效性、有限性研究不足。

④各類數據的大量積累還遠遠不夠，氣象數據采集設備的密度還不夠。

⑤人類對可持續發展，人類命運共同體等理念還未被所有國家和民眾接受（如美國等退出巴黎氣候協定）。

⑥在建設全球太陽能智能電網中的投入和運行后的效益（電力供應、生態改善）分配等問題需要逐步形成共識。

6 建議

①在國家層面成立一個跨學科的研究機構對該構想進行深入研究，編制可行性報告和長遠規劃，指導電網分步驟、分階段實施。

②該電網在初期經濟效益和生態效益還不能充分發揮出來，需要國家初期扶持。

③利用聯合國有關機構和其他國際組織，進行宣傳、推介，廣泛凝聚共識，為全球范圍內建設和組網的進行，鋪平道路。