新能源替代化石能源的若干思考

譚建軍

摘要：隨著對社會越來越重視環保及清潔生產，加上傳統化石能源開采難度越來越大，新能源的研究和應用越來越受到重視。文章以此為背景，對新能源替代化石能源進行了初步探討。并以可再生資源的太陽能為例進行說明。在科學技術不斷進步的情況下，太陽能的應用越來越低成本，越來越具有應用空間。希望文章的研究工作能夠為新能源替代化石能源可行性、經濟性提供一定思路和借鑒。

關鍵詞：新能源;化石能源;替代

1.化石能源使用困境

隨著我國經濟的高速發展，對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消費結果使得我國社會對其具有較高的依賴性，一旦出現能源短缺情況，將會對社會發展帶來較大影響。以石油和煤炭為例，由于這些能量儲量分布具有不均衡的特點，開采、使用起來都將產生較高的成本，在資源短缺區域容易對生產產生影響。能源供求緊張在電力方面體現的尤為突出，特別是在夏季，經常出現拉閘限電的情況，對社會的正常生產運行具有較大影響。化石能源使用過程中產生的環境污染也是不可忽視的，例如電力系統中，有相當一部分是依靠煤炭進行發電的，煤炭的使用會產生許多空氣污染物，對環境產生影響。因此，用新的能源替代傳統化石能源產生電力成為許多研究人員攻關的課題。如果能夠尋找到新能源以代替化石能源，在緩解傳統化石能源緊張的同時，還可以有效減緩對環境產生的污染程度，有利于社會環境的可持續發展。

2?太陽能代替傳統化石能源的優勢分析

太陽能作為可再生資源，具有非常豐富的儲量，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%的地區年日照時間可以超過2000小時。這對我們較好利用太陽能資源提供了資源基礎。特別是在許多偏遠且無法實現集中供電的區域，使用太陽能替代難以實現的化石能源無疑具有明顯優勢。根據預測，至2050年，世界范圍內，太陽能發電量占比將達到25%以上，本世紀末，太陽能發電比例將占用電總量的一半以上。電力發電行業的長期可持續發展，需要重點從戰略角度解決能源結構優化、環境保護、可再生資源利用、節能降耗等重點問題，而太陽能發電成為能夠解決這些問題的關鍵技術。

在當前工業領域，對太陽能的利用大體上可以從兩條渠道實現：光能—熱能轉換、光能—電能轉換。其中，光能轉變為熱能的方式如太陽能熱水器、熱水工程、太陽能吸附式制冷等。光能和電能之間的轉換目前主要有直接利用太陽能進行發電，也就是將太陽能電池向電能直接轉換。除此之外，利用太陽能間接發電也越來越成熟并且展現出較大潛力，這種能源利用主要是建立在熱動力循環的光—熱—電利用方式。

（1）太陽能直接發電

根據當前太陽能電池的效率推測，對太陽能進行投資安裝太陽能電池可以獲取巨大的電能，下面以上海為例進行計算說明。按照上海市光照現狀，使用當前的光伏發電技術，每平方米的屋頂面積每小時可以獲取到130-180W的電能，根據上海地區平均每年可以有的日照時間大概1300小時計算，每年獲取到的電能可以達到170-235KW的電量。全上海屋頂面積按照10%計算，能夠用在并網光伏發電的面積可以達到2000萬平方米，則可以獲取的電能達到30-48億度。可見，利用太陽能直接發電具有可觀的發展前景。隨著近年來光伏電池應用空間的擴大，使用成本也有了明顯下降。光伏電池并網發電以及和建筑一體化成為未來太陽能使用的發展趨勢。

當前，在太陽能使用方面應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化率，使用的技術體系也作為完善。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。正是由于工藝比較復雜，加上原材料加工較高，降低生產成本無疑成為大規模應用這種太陽能發電技術的關鍵。

（2）太陽能的間接發電

以太陽能進行間接發電的常見技術主要有將太陽能作為熱量來源對氣體介質進行加熱以驅動熱力機械循環做功來實現設備發電。和光伏發電技術相比，熱動力發電技術具有設備轉換率高、結構緊湊的特點，在熱能循環過程中，多余的熱能可以在電—熱—冷循環系統中實現聯供。太陽能熱動力系統在有日光情況下的發電量既能夠為建筑內用電提供所需的電能，還能夠將剩余的電能儲存起來以備后用或者將多余的電能并入到電網中，供夜間使用。在偏遠或者高原地區，由于安裝電力系統難度較大，利用太陽能間接發電無疑是一種較好的供電方式。這種發電系統是比較理想的分布式發電技術，在城市建筑中用電時具有清潔、可循環使用、可再生使用的特點。

除此之外，利用這種電力系統發電還有許多配套的技術，并且這些系統都具有體積小、發電效率高、清潔無污染的特點，因此具有較大的應用空間。其實，在現實中應用的新能源發電系統除了太陽能，還有其他許多新能源，如風能、生物能、水力發電、地熱等。在發電系統方面，還有微型燃氣輪機發電技術、燃料電池發電技術等多種新能源發電技術，均能實現污染物零排放，同樣具有較好的應用前景。

從和常規化石能源發電情況看，對其他能源物質消耗量較大，例如在燃煤鍋爐發電過程中，需要使用相當數量的水資源，并且鍋爐中給水和廢水排放過程都屬于較為復雜的化學反應，需要進行復雜的處理。特別是在干旱少水地區更不具有優勢。而太陽能發電過程不需要消耗水資源，在干旱尤其沙漠地區尤為使用。和核電相比，太陽能發電不存在因為工程原因導致的災害性影響。和風力發電及火力發電相比，太陽能發電不會產生噪聲污染，具有較為顯著的優勢。

3?結束語

太陽能作為一種可再生的優質能源，在替代傳統化石能源方面具有一定的優勢，特別是利用光電轉換技術進行發電方面，更是具有廣闊應用空間。若想進一步擴大使用范圍，通過技術手段降低成本是可以實現的，因此，可以預期，在不久的將來，化石能源將被大面積取代。文章以太陽能發電為例，對太陽能發電與傳統化石能源發電技術進行了對比，對提高以太陽能為代表的新能源替代傳統化石能源可能性及預期進行了探討，具有一定的價值和意義。

參考文獻：

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