“太阳能是人类未来发展的终极能源”之探讨

　　在“碳达峰、碳中和”目标强劲东风的氛围下，综合能源服务是当下能源界的“风口”，太阳能和氢能更是风口上的“风口”，但笔者认为“太阳能是人类未来能源发展的终极能源”。

　　广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

　　太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1,369W/㎡。地球赤道周长为40,076千米，从而可计算出，地球获得的能量可达173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kW/㎡，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kW/㎡，相当于有102,000TW的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤，每秒照射到地球的能量则为1.465×10¹⁴焦。

　　太阳能是自然界中最普遍的能源，可以说取之不尽之能源，可谓万源之源，是上帝送给人类的巨大宝藏和恩施。太阳能是极其丰富的能源资源，其资源总量相当于现在人类所利用所有能源的一万多倍，可见资源潜力巨大，具有深远和广泛的发展空间。

　　太阳能最大的特点是能量巨大。在地球上，没有任何能源能与太阳能相比拟。其次，太阳能具有典型的再生性,是典型的可再生能源。而且正是由于太阳能的可再生性，决定了它的连续性。其三，太阳能在时间上是长久的，对于人类而言，可以说是永久的、无限的，太阳能是广泛的，在整个地球表面上，几乎都被太阳光所普照。

　　其普遍性是太阳光普照大地，没有地域的限制，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。无害性是开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天更有其独特性。

　　不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响。

　　太阳能具有总量巨大、安全经济、清洁无污染等优点。人类利用太阳能有三大技术领域：即光热转换、光电转换和光化转换。

　　光电转换就是太阳能电池把太阳能直接转换成电能；太阳能光电转化效率为15～25%，光热转化效率为65～85%，光热转化效率明显比光电转化效率高，因为光热转化是直接能量转化，光电转化是间接能量转化。光化转换包括：光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。目前该技术领域尚处在实验研究阶段。

　　世界能源形势紧迫，已经成为世界十大焦点问题之首。预计到2050年，全世界人口总数预计将达到100亿，经济可开采的资源大约只有0.9TW，风能实际可开发资源仅约2～4TW，生物能3TW（总计8TW）；太阳能潜在资源120000TW，实际可开采资源达到600TW，所以，太阳能是唯一能保证人类未来需求的能源来源。

　　2020年，我国可再生能源发电装机容量已达到9.34亿kW，核电装机容量达5102.7万kW，二者合计达9.81亿kW，占全国所有发电装机容量的44.6%。

　　随着“3060”目标的提出，在“十四五”开局之年，国家能源局已锚定：2030年全国非化石能源消费比重达25%，风电光伏装机达12亿kW以上的目标，这表示2021-2030年间，我国风电光伏新增装机将达6.66亿kW以上。

　　储能的发展，能够完美弥补光伏发电间歇性的短板。据统计，截至2020年底，中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW，占全球市场总规模的18.6%，同比增长9.8%。

　　电力规划设计总院院长杜忠明曾预测，2025年全国新型储能规模约3000～5000万kW，2030年进一步增加到1.5亿kW左右。为实现“双碳”目标，未来新型储能规模将超10亿kW！

　　风电、光伏发电等可再生能源具有波动性、随机性等特点，若要建设高比例可再生能源体系，必须在能源系统的储存、调节能力上形成与可再生能源建设速度一致的发展节奏。能源系统是否具备足够的“储、调”能力，是决定中国非化石能源何时能够替代存量化石能源的关键性因素。为此，不仅要进一步增强煤电、气电、抽水蓄能等传统电力系统灵活性资源，还要加快物理储能、化学储能、先进储热（冷）、先进储氢等新型储能技术的发展。

　　太阳能跨季节储热也是解决太阳能不稳定性和间接性的主要方法之一。太阳能跨季节储热供暖项目，是实现“冬病夏治”的最好案例，农村居民清洁采暖是各级政府多年来十分头疼的事情，“煤改电”、“煤改气”、空气能、生物质能等等，无数次的变更，无数次的失败，政府进行了大量的财政资金补贴，都无法从根本上解决问题，财政不补贴之日，就完全有可能是老百姓返回传统烧煤的时代。

　　中国非化石能源在一次能源消费中的比重从2010年的8.6%提高到2020年的15.9%左右，每年平均提高0.73个百分点。其中，“十二五”期间非化石能源所占比重年均提高0.68个百分点，“十三五”期间年均提高0.78个百分点。

　　业界普遍判断，中国若到2060年实现碳中和目标，则非化石能源在2050－2055年所占比重需提高到70%～80%甚至更高，这意味着，未来30年中国非化石能源所占比重年均应提高2个百分点左右。按照前低后高的发展趋势，未来10年，中国非化石能源比重年均提高幅度需大致保持在1～1.5个百分点。

　　水电、核电是中国重要的非化石能源，也是中国实现碳中和目标的重要选择。但囿于资源潜力等多种因素，水电难以实现翻番式增长；核电增长潜力大，但发展也存在一定不确定性。未来需要以风电、光伏发电为主力来支撑规模巨大的非化石能源增长，这也是欧洲国家在实现碳中和方式上一致性的结论。

　　近年来，新能源发电成本下降明显加速。从2021年开始，新增新能源发电将步入平价上网的全新阶段。2020年中国风电、光伏发电新增发电装机容量合计1.2亿kW，相当于上两年新增量之和发展速度之快，令人咋舌。

　　供热是全球最大的终端能源消费领域。国际能源署数据显示，2018年供热占全球终端能耗的50%，占全球二氧化碳排放量的40%。热力消费中，工业部门占比约50%，建筑物房屋（主要用于空间采暖和热水供应，少量用于烹饪）占比约46%，其余为农业部门占比。太阳能是全球增长最快的可再生热源。

　　在过去10年中，全球太阳能供热累计装机增长了250%，达到480GW（热）以上，但近年来增速有所放缓。2018年太阳能供热技术满足了全球2.1%的空间采暖和热水供应需求。将光伏和光热耦合的太阳能热电联产（PVT）技术正在兴起，并有望扩展到传统的太阳能供热市场。

　　总体讲，自然界的基本规律是大道至简，人类社会的发展，也是如此。一般的能源使用过程中都会造成资源浪费，造成二氧化碳等污染。我们还是应该回归初心，回归自然。从最基本的爱因斯坦的核聚变出发，回到太阳能的世界。太阳能是天赐能源，大地是天然储能体。

　　作者：国网山西省综合能源服务有限公司乔云廷、杨长青，山西省太阳能协会刘效云返回搜狐，查看更多