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太阳能的发展
摘要:能源是人类社会活动的物质基础。新能源的开发利用是人类的共识。太阳能是一种清洁的自然再生能源,取之不尽,用之不竭。开发和利用太阳能,既不会出现大气的污染,也不会影响自然界的生态平衡,而与发展大会”,会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》、《21世纪议程》等一系列重要文件,把环境与发展纳入统一的框架,确立了可持续发展的模式。这次会议之后,世界各国加强了清洁能源技术的开发,将利用太阳能与环境保护结合在一起,使太阳能利用工作走出低谷,逐渐得到加强。世界环保大会之后,我国政府对环境与发展十分重视,提出10条对策和措施,明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能等清洁能源”,制定了《中国21世纪议程》,进一步明确了太阳能重点发展项目。1992年以后,世界太阳能利用又进入一个发展期,太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合;太阳能发展目标明确,重点突出,措施得力;在加大太阳能研究开发力度的同时,注意科技成果转化为生产力,发展太阳能产业,加速商业化进程,扩大太阳能利用领域和规模,经济效益逐渐提高;国际太阳能领域的合作空前活跃。
(二)
通过以上回顾可知,在本世纪100年间太阳能发展道路并不平坦。太阳能利用的发展历程与煤、石油等完全不同,人们对其认识差别大,反复多,发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大,短时间内很难实现大规模利用;另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应、政治、战争等因素影响,发展道路曲折。但从总体来看20世纪取得的太阳能科技进步仍比以
往任何一个世纪都快。
三、太阳能利用背景
从工业革命开始,人类进入了工业社会以来,机器大生产使得能源逐渐成为了人类社会
存在与发展的物质基础。在过去200 多年里,建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展,人类的物质生活和精神生活不断得到丰富。随着人类社会生产力水平的不断提高,能源的消费量也在不断增长。20 世纪以来世界经济发展的几个阶段中,能源消费增长状况如表1 所示。
表 1 能源消费增长状况
年份
能源消费总量(1011kg 标煤)
人均占有量(kg 标煤/人`年)
1900
493
1925
796
1950
1080
1975
2140
从表 1 所列的数字中可以看出,在1900—1950 的50 年中能源消费量增长了两倍多,而
1950—1975 的25 年间增长了两倍,可以预计随着社会的不断发展进步,能源消费量的增长会越来越快。但大规模使用化石燃料的严重后果也逐渐突现出来:环境不断恶化,诱发国际间的政治经济纠纷,资源的日益枯竭。从长远来看,化石燃料在人类的时间尺度上属于不可再生资源,用一点少一点,而目前预测全球已探明的石油储量能用到2020 年,天然气总储量也只能够维持到比石油晚一二十年开采完毕,即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。为使得化石燃料等不可再生资源得到更充分、持久的利用,寻找能够替代传统能源的新能源成为进入21 世纪的人类的首要任务。新能源应该具有清洁、高效、广阔的发展前景等特点,太阳能、风能、生物能、海洋能、低热能等新形式的能源正是凭借这些特点逐渐进入人们的视野,而其中太阳能又以自身优势在新能源开发中独树一帜。
四.太阳能特点
第一,总量巨大。到达地球大气外层的太阳辐照总强度约为174000tw,其中约30%被大气层反射回外太空,其余到达地表的能量被大气、陆地、海水、植被等吸收,×1024j,这相当于全世界2009年全部能源消耗(×1020j)的8000倍,也就是说地球表面一小时接收的太阳能足够人类一年使用。如果排除海洋、森林、冰川等地区,仅计算适于利用太阳能的陆地面积,大约有600tw的太阳能资源可用,×1022j,总量上满足世界能源需求全无问题。而其他形式的可再生能源及核能的丰度远不及太阳能,均无法单独依靠自身满足能源需求缺口。
第二,容易获取和利用。从空间上来讲,太阳能容易获取,在地表无处不在,无勘探和开采成本,而且不需也无法运输。但是太阳能在时间上具有不连续性,只能在白天利用,夜间几乎为零,如需不间断利用太阳能,则必须有储能机制以备夜晚使用。所以太阳能是随处可见,但定时可用的能源。第三,清洁无排放。获取和利用太阳能的过程本身不会产生任何污染物的排放,也不会留下残余物。第四,取之不尽,用之不竭。太阳能来自于太阳内氢元素聚变为氦元素的热核反应。太阳的质量约为2×1030kg(是地球质量的33万倍),其中约3/4为氢元素,根据目前太阳热核反应速率,×