新能源替代化石能源的若干思考

譚建軍

摘要：隨著對(duì)社會(huì)越來越重視環(huán)保及清潔生產(chǎn)，加上傳統(tǒng)化石能源開采難度越來越大，新能源的研究和應(yīng)用越來越受到重視。文章以此為背景，對(duì)新能源替代化石能源進(jìn)行了初步探討。并以可再生資源的太陽能為例進(jìn)行說明。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的情況下，太陽能的應(yīng)用越來越低成本，越來越具有應(yīng)用空間。希望文章的研究工作能夠?yàn)樾履茉刺娲茉纯尚行浴⒔?jīng)濟(jì)性提供一定思路和借鑒。

關(guān)鍵詞：新能源;化石能源;替代

1.化石能源使用困境

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求量大幅度增加，其中，需求量最大的能源類型如煤炭、石油、天然氣等開采難度越來越大，這種類型的能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)果使得我國社會(huì)對(duì)其具有較高的依賴性，一旦出現(xiàn)能源短缺情況，將會(huì)對(duì)社會(huì)發(fā)展帶來較大影響。以石油和煤炭為例，由于這些能量儲(chǔ)量分布具有不均衡的特點(diǎn)，開采、使用起來都將產(chǎn)生較高的成本，在資源短缺區(qū)域容易對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。能源供求緊張?jiān)陔娏Ψ矫骟w現(xiàn)的尤為突出，特別是在夏季，經(jīng)常出現(xiàn)拉閘限電的情況，對(duì)社會(huì)的正常生產(chǎn)運(yùn)行具有較大影響。化石能源使用過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染也是不可忽視的，例如電力系統(tǒng)中，有相當(dāng)一部分是依靠煤炭進(jìn)行發(fā)電的，煤炭的使用會(huì)產(chǎn)生許多空氣污染物，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，用新的能源替代傳統(tǒng)化石能源產(chǎn)生電力成為許多研究人員攻關(guān)的課題。如果能夠?qū)ふ业叫履茉匆源婊茉矗诰徑鈧鹘y(tǒng)化石能源緊張的同時(shí)，還可以有效減緩對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染程度，有利于社會(huì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2?太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的優(yōu)勢分析

太陽能作為可再生資源，具有非常豐富的儲(chǔ)量，我國屬于太陽能資源較為豐富的國家之一，每年的輻射總量可以達(dá)到在3.3×10～8.4×10?kJ/m·a。我國地域遼闊，全國超過70%的地區(qū)年日照時(shí)間可以超過2000小時(shí)。這對(duì)我們較好利用太陽能資源提供了資源基礎(chǔ)。特別是在許多偏遠(yuǎn)且無法實(shí)現(xiàn)集中供電的區(qū)域，使用太陽能替代難以實(shí)現(xiàn)的化石能源無疑具有明顯優(yōu)勢。根據(jù)預(yù)測，至2050年，世界范圍內(nèi)，太陽能發(fā)電量占比將達(dá)到25%以上，本世紀(jì)末，太陽能發(fā)電比例將占用電總量的一半以上。電力發(fā)電行業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展，需要重點(diǎn)從戰(zhàn)略角度解決能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、環(huán)境保護(hù)、可再生資源利用、節(jié)能降耗等重點(diǎn)問題，而太陽能發(fā)電成為能夠解決這些問題的關(guān)鍵技術(shù)。

在當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)太陽能的利用大體上可以從兩條渠道實(shí)現(xiàn)：光能—熱能轉(zhuǎn)換、光能—電能轉(zhuǎn)換。其中，光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿姆绞饺缣柲軣崴鳌崴こ獭⑻柲芪绞街评涞取９饽芎碗娔苤g的轉(zhuǎn)換目前主要有直接利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，也就是將太陽能電池向電能直接轉(zhuǎn)換。除此之外，利用太陽能間接發(fā)電也越來越成熟并且展現(xiàn)出較大潛力，這種能源利用主要是建立在熱動(dòng)力循環(huán)的光—熱—電利用方式。

（1）太陽能直接發(fā)電

根據(jù)當(dāng)前太陽能電池的效率推測，對(duì)太陽能進(jìn)行投資安裝太陽能電池可以獲取巨大的電能，下面以上海為例進(jìn)行計(jì)算說明。按照上海市光照現(xiàn)狀，使用當(dāng)前的光伏發(fā)電技術(shù)，每平方米的屋頂面積每小時(shí)可以獲取到130-180W的電能，根據(jù)上海地區(qū)平均每年可以有的日照時(shí)間大概1300小時(shí)計(jì)算，每年獲取到的電能可以達(dá)到170-235KW的電量。全上海屋頂面積按照10%計(jì)算，能夠用在并網(wǎng)光伏發(fā)電的面積可以達(dá)到2000萬平方米，則可以獲取的電能達(dá)到30-48億度。可見，利用太陽能直接發(fā)電具有可觀的發(fā)展前景。隨著近年來光伏電池應(yīng)用空間的擴(kuò)大，使用成本也有了明顯下降。光伏電池并網(wǎng)發(fā)電以及和建筑一體化成為未來太陽能使用的發(fā)展趨勢。

當(dāng)前，在太陽能使用方面應(yīng)用較為成熟的為硅系列太陽電池，在這種類型的電池系列中，單晶硅具有最高的使用效率和能源轉(zhuǎn)化率，使用的技術(shù)體系也作為完善。這種單晶硅電池的高性能主要是基于性能較好的單晶硅材料及配套的材料加工技術(shù)。正是由于工藝比較復(fù)雜，加上原材料加工較高，降低生產(chǎn)成本無疑成為大規(guī)模應(yīng)用這種太陽能發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵。

（2）太陽能的間接發(fā)電

以太陽能進(jìn)行間接發(fā)電的常見技術(shù)主要有將太陽能作為熱量來源對(duì)氣體介質(zhì)進(jìn)行加熱以驅(qū)動(dòng)熱力機(jī)械循環(huán)做功來實(shí)現(xiàn)設(shè)備發(fā)電。和光伏發(fā)電技術(shù)相比，熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)具有設(shè)備轉(zhuǎn)換率高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，在熱能循環(huán)過程中，多余的熱能可以在電—熱—冷循環(huán)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聯(lián)供。太陽能熱動(dòng)力系統(tǒng)在有日光情況下的發(fā)電量既能夠?yàn)榻ㄖ?nèi)用電提供所需的電能，還能夠?qū)⑹Ｓ嗟碾娔軆?chǔ)存起來以備后用或者將多余的電能并入到電網(wǎng)中，供夜間使用。在偏遠(yuǎn)或者高原地區(qū)，由于安裝電力系統(tǒng)難度較大，利用太陽能間接發(fā)電無疑是一種較好的供電方式。這種發(fā)電系統(tǒng)是比較理想的分布式發(fā)電技術(shù)，在城市建筑中用電時(shí)具有清潔、可循環(huán)使用、可再生使用的特點(diǎn)。

除此之外，利用這種電力系統(tǒng)發(fā)電還有許多配套的技術(shù)，并且這些系統(tǒng)都具有體積小、發(fā)電效率高、清潔無污染的特點(diǎn)，因此具有較大的應(yīng)用空間。其實(shí)，在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用的新能源發(fā)電系統(tǒng)除了太陽能，還有其他許多新能源，如風(fēng)能、生物能、水力發(fā)電、地?zé)岬取Ｔ诎l(fā)電系統(tǒng)方面，還有微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)、燃料電池發(fā)電技術(shù)等多種新能源發(fā)電技術(shù)，均能實(shí)現(xiàn)污染物零排放，同樣具有較好的應(yīng)用前景。

從和常規(guī)化石能源發(fā)電情況看，對(duì)其他能源物質(zhì)消耗量較大，例如在燃煤鍋爐發(fā)電過程中，需要使用相當(dāng)數(shù)量的水資源，并且鍋爐中給水和廢水排放過程都屬于較為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，需要進(jìn)行復(fù)雜的處理。特別是在干旱少水地區(qū)更不具有優(yōu)勢。而太陽能發(fā)電過程不需要消耗水資源，在干旱尤其沙漠地區(qū)尤為使用。和核電相比，太陽能發(fā)電不存在因?yàn)楣こ淘驅(qū)е碌臑?zāi)害性影響。和風(fēng)力發(fā)電及火力發(fā)電相比，太陽能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，具有較為顯著的優(yōu)勢。

3?結(jié)束語

太陽能作為一種可再生的優(yōu)質(zhì)能源，在替代傳統(tǒng)化石能源方面具有一定的優(yōu)勢，特別是利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行發(fā)電方面，更是具有廣闊應(yīng)用空間。若想進(jìn)一步擴(kuò)大使用范圍，通過技術(shù)手段降低成本是可以實(shí)現(xiàn)的，因此，可以預(yù)期，在不久的將來，化石能源將被大面積取代。文章以太陽能發(fā)電為例，對(duì)太陽能發(fā)電與傳統(tǒng)化石能源發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)提高以太陽能為代表的新能源替代傳統(tǒng)化石能源可能性及預(yù)期進(jìn)行了探討，具有一定的價(jià)值和意義。

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