新能源替代化石能源的若干思考

谭建军

摘要：随着对社会越来越重视环保及清洁生产，加上传统化石能源开采难度越来越大，新能源的研究和应用越来越受到重视。文章以此为背景，对新能源替代化石能源进行了初步探讨。并以可再生资源的太阳能为例进行说明。在科学技术不断进步的情况下，太阳能的应用越来越低成本，越来越具有应用空间。希望文章的研究工作能够为新能源替代化石能源可行性、经济性提供一定思路和借鉴。

关键词：新能源;化石能源;替代

1.化石能源使用困境

随着我国经济的高速发展，对能源的需求量大幅度增加，其中，需求量最大的能源类型如煤炭、石油、天然气等开采难度越来越大，这种类型的能源生产消费结果使得我国社会对其具有较高的依赖性，一旦出现能源短缺情况，将会对社会发展带来较大影响。以石油和煤炭为例，由于这些能量储量分布具有不均衡的特点，开采、使用起来都将产生较高的成本，在资源短缺区域容易对生产产生影响。能源供求紧张在电力方面体现的尤为突出，特别是在夏季，经常出现拉闸限电的情况，对社会的正常生产运行具有较大影响。化石能源使用过程中产生的环境污染也是不可忽视的，例如电力系统中，有相当一部分是依靠煤炭进行发电的，煤炭的使用会产生许多空气污染物，对环境产生影响。因此，用新的能源替代传统化石能源产生电力成为许多研究人员攻关的课题。如果能够寻找到新能源以代替化石能源，在缓解传统化石能源紧张的同时，还可以有效减缓对环境产生的污染程度，有利于社会环境的可持续发展。

2 太阳能代替传统化石能源的优势分析

太阳能作为可再生资源，具有非常丰富的储量，我国属于太阳能资源较为丰富的国家之一，每年的辐射总量可以达到在3.3×10～8.4×10 kJ/m·a。我国地域辽阔，全国超过70%的地区年日照时间可以超过2000小时。这对我们较好利用太阳能资源提供了资源基础。特别是在许多偏远且无法实现集中供电的区域，使用太阳能替代难以实现的化石能源无疑具有明显优势。根据预测，至2050年，世界范围内，太阳能发电量占比将达到25%以上，本世纪末，太阳能发电比例将占用电总量的一半以上。电力发电行业的长期可持续发展，需要重点从战略角度解决能源结构优化、环境保护、可再生资源利用、节能降耗等重点问题，而太阳能发电成为能够解决这些问题的关键技术。

在当前工业领域，对太阳能的利用大体上可以从两条渠道实现：光能—热能转换、光能—电能转换。其中，光能转变为热能的方式如太阳能热水器、热水工程、太阳能吸附式制冷等。光能和电能之间的转换目前主要有直接利用太阳能进行发电，也就是将太阳能电池向电能直接转换。除此之外，利用太阳能间接发电也越来越成熟并且展现出较大潜力，这种能源利用主要是建立在热动力循环的光—热—电利用方式。

（1）太阳能直接发电

根据当前太阳能电池的效率推测，对太阳能进行投资安装太阳能电池可以获取巨大的电能，下面以上海为例进行计算说明。按照上海市光照现状，使用当前的光伏发电技术，每平方米的屋顶面积每小时可以获取到130-180W的电能，根据上海地区平均每年可以有的日照时间大概1300小时计算，每年获取到的电能可以达到170-235KW的电量。全上海屋顶面积按照10%计算，能够用在并网光伏发电的面积可以达到2000万平方米，则可以获取的电能达到30-48亿度。可见，利用太阳能直接发电具有可观的发展前景。随着近年来光伏电池应用空间的扩大，使用成本也有了明显下降。光伏电池并网发电以及和建筑一体化成为未来太阳能使用的发展趋势。

当前，在太阳能使用方面应用较为成熟的为硅系列太阳电池，在这种类型的电池系列中，单晶硅具有最高的使用效率和能源转化率，使用的技术体系也作为完善。这种单晶硅电池的高性能主要是基于性能较好的单晶硅材料及配套的材料加工技术。正是由于工艺比较复杂，加上原材料加工较高，降低生产成本无疑成为大规模应用这种太阳能发电技术的关键。

（2）太阳能的间接发电

以太阳能进行间接发电的常见技术主要有将太阳能作为热量来源对气体介质进行加热以驱动热力机械循环做功来实现设备发电。和光伏发电技术相比，热动力发电技术具有设备转换率高、结构紧凑的特点，在热能循环过程中，多余的热能可以在电—热—冷循环系统中实现联供。太阳能热动力系统在有日光情况下的发电量既能够为建筑内用电提供所需的电能，还能够将剩余的电能储存起来以备后用或者将多余的电能并入到电网中，供夜间使用。在偏远或者高原地区，由于安装电力系统难度较大，利用太阳能间接发电无疑是一种较好的供电方式。这种发电系统是比较理想的分布式发电技术，在城市建筑中用电时具有清洁、可循环使用、可再生使用的特点。

除此之外，利用这种电力系统发电还有许多配套的技术，并且这些系统都具有体积小、发电效率高、清洁无污染的特点，因此具有较大的应用空间。其实，在现实中应用的新能源发电系统除了太阳能，还有其他许多新能源，如风能、生物能、水力发电、地热等。在发电系统方面，还有微型燃气轮机发电技术、燃料电池发电技术等多种新能源发电技术，均能实现污染物零排放，同样具有较好的应用前景。

从和常规化石能源发电情况看，对其他能源物质消耗量较大，例如在燃煤锅炉发电过程中，需要使用相当数量的水资源，并且锅炉中给水和废水排放过程都属于较为复杂的化学反应，需要进行复杂的处理。特别是在干旱少水地区更不具有优势。而太阳能发电过程不需要消耗水资源，在干旱尤其沙漠地区尤为使用。和核电相比，太阳能发电不存在因为工程原因导致的灾害性影响。和风力发电及火力发电相比，太阳能发电不会产生噪声污染，具有较为显著的优势。

3 结束语

太阳能作为一种可再生的优质能源，在替代传统化石能源方面具有一定的优势，特别是利用光电转换技术进行发电方面，更是具有广阔应用空间。若想进一步扩大使用范围，通过技术手段降低成本是可以实现的，因此，可以预期，在不久的将来，化石能源将被大面積取代。文章以太阳能发电为例，对太阳能发电与传统化石能源发电技术进行了对比，对提高以太阳能为代表的新能源替代传统化石能源可能性及预期进行了探讨，具有一定的价值和意义。

参考文献：

[1]刘世友∙铜铟硒太阳电池的生产与发展[J].太阳能，2018，6（2）：16～17.

[2]林安中，王斯成.我国光伏发电进展[J].太阳能，2018，9（2）：7～8.