目前太阳能发电已成为最经济的电力能源来源

 时光旅人      

作为社会经济发展的核心环节,能源领域的高质量转型发展一直以来都是受到高度关注的话题。在今年的政府工作报告中,再次提出了“保障能源安全”“发展可再生能源”“完善电力供销体系”的表述,在今年到未来一个阶段内,可再生能源将作为我国能源领域发展的关键一环。在今年两会期间,多位代表、委员均提出了推动可再生能源发展的提案,引发了全社会的高度关注。



而目前就能源安全问题而言,在现有化石能源为主导的能源结构下,资源禀赋不均带来的能源安全问题十分突出。但不同于化石燃料集中在特定的地理位置,可再生能源与之不同之处是其资源分布的广谱性,每一个国家都或多或少拥有某种或某几种可再生能源资源,世界上大多数国家可以凭借可再生能源提升能源自给率,而面临国际能源商品供应安全及价格波动风险的经济体将减少。


近年来光伏太阳能作为可再生能源的重要组成部分,近年来取得了快速发展和长足进步,目前太阳能发电成本在全球很多地区成为最为经济的电力能源来源。更为可喜的是,我国太阳能发电不仅在市场应用方面全球领先,在产品供应端更是具备最完备的产业链,是我国为数不多的具备国际竞争力的产业之一,这也使我国具备了大力发展太阳能发电的有利条件。



全球太阳能资源潜力分布


从太阳能发电的角度来看,光照资源全球分布平均且资源无限。这使得太阳能发电彻底摆脱了对于资源禀赋的依赖,具备了就地取材、因地制宜的特性。以中国为例,截止2017年,全国荒漠与裸露地面积为132.53万平方千米,其中大部分位于西部且拥有良好的光照资源,具备发展太阳能发电的有利条件。


根据测算,占地面积一亩的太阳能设施一年时间发出电力驱动汽车的行驶里程与75吨汽油驱动汽车的行驶里程相当,一万平方公里土地一年的发电量约相当于10亿吨汽油。以此计算,只需利用全国荒漠与裸露地面积的约5%开展太阳能发电,就可以满足我国能源需求。西部太阳能源资源富集的广阔荒漠化土地,无疑将成为中国又一能源宝库,从根本上解决了现有能源结构下资源禀赋不均引发的能源安全问题。



而从易得性和可负担的角度而言,近十年间,太阳能发电成本已经下降了90%以上,在全球大部分地区成为了最经济的电力能源,不久前沙特已经出现了低于1.4美分/kWh的电价。同时,太阳能光伏因地制宜、简单易得的特性,只需架设设备就可以实现发电,在配合储能设施之后,可以为很多离网、微网等基础设施较差的地区提供稳定的电力供给,有效改善无电人群的生活状况。


综合来看,大力发展以太阳能光伏为代表的可再生能源,推动以可再生能源为主导新一轮能源革命,不仅可以有效减少碳排放,从根源解决日益加剧的环境和气候问题。同时,也有助于创造一个更加公平的国际能源格局,增加额外收入,提供可负担、可持续的能源供应。这无疑也是帮助全人类赢得这场可持续发展考验的根本方式。


延伸阅读


宇宙中的太阳能发电梦想




太阳能发电有一个无法解决的问题,那就是一天平均的日照时间只有8小时。但在太空中的阳光终年照射,如果能将太空中的太阳能导向地面,难道不是大力推进了太阳能的使用效率了吗?太空发电的设想首次出现于1941年,由科幻小说家伊萨克·艾西莫夫在短篇小说《理性》(Reason)中引入这个构想,之后被美国航天工程师彼得·格拉泽作为科学概念提出。(编按:艾西莫夫也是首次提出机器人三大法则的人,现实中许多的科技也真的源自于科幻小说的构想)


直到2009年,加州的新兴企业Solaren公司启动宇宙太阳能方案,这一概念才真正为能源业界重视。Solaren与太平洋燃气电力公司签订购买未来太空发电项目200MW电力的合约。如果计划成功,这将是第一次落实太空太阳能发电计划。2011年,国际宇航科学院发表的一篇报告指出,世界各国科学家相信太空太阳能可以成为满足世界能源需求的富有成本效益的方法。该报告的结论是,采集太阳能并返照地球的技术的可能性将在十年内出现。


如今太空发电又再一次受到各方关注,在2012年2月举行的美国能源部主办的第三届能源先进研究计划署(ARPA-E)能源创新峰会上,太空发电被号称是一个有可能在未来实现的突破性发展的技术。


太阳能太空发电


早在2007年,美国国家安全空间办公室作出结论,由于太阳能电池和建设太空设备的机器人技术的进步,太空太阳能发电已具有技术可行性。但对私人公司而言,这一技术设计过于昂贵。因此,政府建议太阳能发电系统应当首先用于军事中的前线基地而不是公共事业,因为军队更舍得为这种规模的订单花钱。不过,,私人公司也持续关注著太空发电的可能性。


宇宙发电卫星


2009年,加州的Solaren公司推出了宇宙卫星发电项目,基本工作原理就如2007年美国政府报告所勾勒的那样,这构想是发射一组太阳能发电绕地卫星,透过卫星,电力将会转化成适用于穿透地球大气层的传输短波,频率约在2.45或5.8 GHz左右,由地面基站接收。短波束继而转化成可用电力,然后通过现有的传输线路送达客户。



于太空发电的吸引力主要来自其高率效性,因为空间PV太阳能电板不受大气过滤效应影响,能够全天24小时工作。世界辐射中心估计在太空采集的太阳能比地球表面采集量多144%。美国国家安全空间办公室的2007年报告也估算到一公里长的空间PV太阳能电板每年能够聚集“相当于如今地球上所有已知可采常规石油储量蕴含的能量”。


如今,Solaren的计划仍然在寻求投资者,不过该技术已经在2012年2月的能源先进研究计划署能源创新峰会上被视为最有希望实现的科技了。


太空电缆发电


另一个太空发电的设想无需绕地卫星,但仍然需要使用系缆气球样装置在远离地表的高空采集太阳能。2010年由一组志愿工程师和科学家建立的StratoSolar拥有一项创新的PV发电风筝系统专利。他们提出将装有PV太阳能板阵列的刚性浮力平台像风筝一样永久固定在高20km的平流层。PV发电风筝会采集阳光,然后通过连接风筝的高压缆线传输到地面基站再分配到电网中去。



尽管成本会高于地面PV设施,StratoSolar确信将电缆PV太阳能板放入终年重云密布的平流层上发电十分有优势,云层之上将能够更大规模地利用太阳能。这也可暂时应用于偏远地区或没有可供大型PV阵列安装地面的地区。


结论


在太空中发电,在地球上使用,人类早就有这种想法,却从未尝试过,主要原因是成本过于昂贵。但太阳能发电卫星几乎能无间断发电,地面安装的PV系统只能用四分之一的时间发电,加上在多云天和夜间就毫无作用。


然而,由于技术壁垒,2007年的美国政府报告建议政府应当建立试点项目,因为只有政府才能提供必需的资源。但2011年NASA削减财政预算,将美国太空项目划入私人公司领域。如今,太空项目的启动不得不依赖如Space X Falcon等新兴的太空开发商或者其他国家的太空项目。进入太空后,一旦出现故障,维修问题可不像过去NASA宇航员修理太空望远镜那么简单。


即使Solaren这样的公司能够筹集大笔资金进行太空发射及建设发射所需的安全基础设施,也会因为有作为武器使用的可能而遭到各国政府的反对。据2007年美国政府报告称,“为了开发太空太阳能必须达成的任何国际法律和政策协议都很复杂,需要耗费大量时间。”


来源:能环宝小助手,感情里的小丑

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