构建太阳能电网干预气候的可行性初探

李 欧 （贵州大学数学与统计学院，贵州 贵阳 550025）

0 前言

自工业革命以来，人类大量开采和使用化石能源，对地球环境造成了极大破坏，水能的使用一定程度上对河流流域内生态产生影响，核能的使用存在一定的安全风险，风能的随机性对电网的稳定运行有一定冲击，作者从利用太阳能电网干预（调节）气候的角度对这些问题进行可行性探析。

1 蝴蝶效应的启示

蒂姆·富兰纳瑞说，地球的气候在千百年中究竟是如何变化的，哪怕是最细微的气候不平衡，也会造成多么深远和令人意外的后果，从飓风到热浪，每一个气候现象都不能孤立地看待[1]。从楼兰古国的消失到毛乌素沙漠的形成，就是人类不断改变生态，生态变化又引起气候变化，相互促进的结果。单独孤立的一座太阳能发电站或许对局部地区气候影响有限，但如果将大量分布于不同地域（地点）的太阳能电站进行组网，科学调度、偕同工作、系统放大干预大气运动，就可能产生“蝴蝶效应”，让不同地域（地点）的气候向着有利于地球环境和人类生存的方向改善。

2 太阳能电网干预（预调微调）气候带来的效益

人类目前使用能源（能量）的总量仅相当于太阳辐射到地球上能量的很少一部分，如果能较大规模的收集和利用太阳能，就可以大幅减少对传统化石能源的依赖，从而减少温室气体和有害气体排放、减少雾霾、酸雨的发生、减少因全球变暖而频发的极端气候事件，减缓冰川融化等地球生态恶化现象，降低人类因能源供给紧张而使用核能产生的安全风险，减少人为改变自然河流运动规律而导致的流域生态等问题，人类可持续发展道路就越走越稳。

3 构建全球太阳能电网系统干预（预调微调）地域气候的总体构想

利用全球分布的太阳能发电设施（电站）将到达地球表面的太阳能转化为电能，改变不同地点（地域）的地表气温和气压（本质上是到达地球上能量在地球表面的重分布），组网集成偕同调度，利用系统放大效应（蝴蝶效应），共同对地球大气运动进行干预，改变不同地域（地点）可能或正在发生的天气事件（地表降水的时间和空间分布等），从而向着有利于地球环境和人类生存方向改善。

3.1 基础条件

①空间条件：地球表面有大量的沙漠、荒漠，大量的人工构筑物（建筑、公路），大面积的水域（海洋），大量的废弃矿区等，均可建设太阳能设施。

全球分布的大量太阳能发电设施组网运行，可以有效减轻因昼夜交替，天气变化（阴晴），南北半球季节更替等产生的电网波动，可以少建甚至不建储能设施，最大限度减少孤立太阳能发电站的各种弊端，使电网运行更加持续、稳定、高效。

②技术条件：现代信息采集和传输技术可以随时、持续获取全球范围内大量不同地点（地域）的大量气象信息（数据）。现代气象科学的发展可以更精准的预测和阐明不同地域（地点）未来或正在发生的气候事件产生的因素和可行的干预（预调微调）方式方法，生态科学和环境科学可以为正向干预确定方向。大型计算设施和大数据分析技术可以快速生成干预（预调微调）的最佳方案。现代制造业可以提供整个电网需要的各种硬件设备，智能电网管理系统可以保证整个电网各个电站电能上网、电力传输、使用分配等环节的稳定、高效运行。

③内在动力：传统石化能源的开采和使用对地球环境和人类生存环境的破坏日益严重，人类开发和利用核能过程中，出现的多起安全事故引起的恐惧和焦虑，本质上讲化石能源和核能使用就是对地球表面原有热量（温度）平衡的改变，是额外增加的能量，对全球变暖有一定的推动作用。水电站对河流流域内生态的影响，风力发电的波动性和随机性对电网平稳运行的冲击。世界范围内越来越多的国家和民众对气候变化问题逐渐形成的共识，以及由中国提出，并被联合国确立的“人类命运共同体理论”等都构成了探索绿色、可持续发展途径的强大内在动力。

3.2 运行构想

3.2.1 目标设定

①减轻未来可能发生且有巨大危害的极端天气。例如通过改变局部地区的气温和气压干预、诱导飓风运行线路，使其偏离可能对人类生命财产安全造成巨大损失的登陆地点和路线；干预诱导大量持续降雨地区的范围，以减少洪涝灾害。

②通过改变局部地区的温度，干预诱导大气运动（富水云层）线路，实现空中调水（天河工程），起到减涝救旱作用。尤其在我国，南北降雨分布不均衡，对经济社会发展造成一定制约，空中调水一定程度上可以改善降雨分布不平衡问题。

③干预降雨分布，逐渐改善生态环境，例如我国部分地区因干旱缺水，造成草原退化和荒漠化等问题得以解决。

④干预大气运行线路，增强重雾霾天气城市大气扩散条件等。

⑤为人类经济社会发展提供持续、绿色的能源供给。

3.2.2 运行方式

利用现代气象知识和技术手段，预测和跟踪未来一段时间内，地球大气运动可能在不同地点（地域）发生的气象事件及影响因素。利用大数据平台及时生成“目标天气”的最优太阳能电网干预方案，智能指令网内所有发电设施偕同工作，持续跟踪，不断优化调整，不断趋近目标效果。

4 构建全球太阳能系统微调局部气候的途径

在发展初期，建设相当数量和规模的太阳能发电设施（电站），并局部组网，随着认识的不断深入和技术进步，积累大量数据后开始大面积组网，在世界各国对人类共同命运体理念认识成熟后，进行相邻国家间组网，逐步实现洲际间的大跨度范围内组网，最终建成统一的指令生成中心（调度中心）。

5 现阶段存在的问题

①太阳能发电设施（设备）的能量转化率偏低。

②太阳能发电设施运行对局部地点（地域）气温、气压影响的关联性研究深度不足。

③对太阳能电网所产生的“蝴蝶效应”的研究还不够深入，干预（预调微调）的有效性、有限性研究不足。

④各类数据的大量积累还远远不够，气象数据采集设备的密度还不够。

⑤人类对可持续发展，人类命运共同体等理念还未被所有国家和民众接受（如美国等退出巴黎气候协定）。

⑥在建设全球太阳能智能电网中的投入和运行后的效益（电力供应、生态改善）分配等问题需要逐步形成共识。

6 建议

①在国家层面成立一个跨学科的研究机构对该构想进行深入研究，编制可行性报告和长远规划，指导电网分步骤、分阶段实施。

②该电网在初期经济效益和生态效益还不能充分发挥出来，需要国家初期扶持。

③利用联合国有关机构和其他国际组织，进行宣传、推介，广泛凝聚共识，为全球范围内建设和组网的进行，铺平道路。