1.4 开发利用太阳能的重要意义

能源是人类借以克服困难、维持生存的原动力，如太阳给人们光热，风吹动风车可以发电，燃烧汽油可用以推动汽车，使用煤气可以烹调、取暖。近50年来，世界经济的迅猛发展有赖于能源的大规模开发和利用。21世纪，随着可持续发展理念的日益深入人心，以及煤炭等常规能源直接燃烧所带来的负面效应（如大气污染、酸雨和温室效应等）的加剧，新能源和可再生能源越来越成为人们关注和研究的焦点。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽、用之不竭的特点，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。相对于可能穷尽的化石能源来说，可再生能源在自然界中可以循环再生。可再生能源属于能源开发利用过程中的一次能源。

新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能，包括太阳能、风能、生物质能、地热能、核能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括除水能以外的各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染和资源（特别是化石能源）枯竭具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。

新能源和可再生能源的关系如图1-2所示。

1.4.1 可再生能源利用是全球能源发展战略的必然

1．化石燃料正面临逐渐枯竭的危机局面

地球上化石燃料的蕴藏量是有限的，根据已探明的储量，全球石油可开采约45年，天然气约61年，煤炭约216年，铀约71年。据世界卫生组织估计，到2060年全球人口将达100亿～110亿人，如果到时所有人的能源消费量都达到今天发达国家的人均水平，则地球上主要的35种矿物中，将有1/3在40年内消耗殆尽，包括所有的石油、天然气、煤炭（假设为2万亿t）和铀。所以，世界化石燃料的供应正在面临严重短缺的危机局面。

中国的经济正在高速发展，能源消耗量也在迅速增加，根据国际能源署（IEA）的World Energy Outlook 2011的统计和预测，中国会巩固其作为世界最大能源消费国的地位，到2035年，中国的能源消费将比第二大能源消费国美国高出将近70%。虽然中国的能源资源总量比较丰富，目前能源产量居世界第二，但是由于人口众多，人均能源资源拥有量在世界上处于较低的水平，一次能源的储量低于世界平均值（见图1-3），能源供应形势不容乐观。

无论从世界还是从中国来看，化石能源都是很有限的。据欧盟委员会联合研究中心（JRC）的预测，全球化石能源的开采和消耗峰值在2030—2040年，之后由于资源的有限性开采，消耗值将会逐年下降，2000—2100年全球一次能源消费发展趋势见图1-4。因此，加紧开发、培育以太阳能为代表的可再生能源非常必要，并且十分紧迫。

2．保护生态环境逐渐受到人们的重视

由于人类的能源消费活动主要是化石燃料的燃烧，造成了环境污染，导致全球气候变暖、冰山融化、海平面上升、沙漠化日益扩大等现象的出现，自然灾害频繁发生。人们逐渐认识到，减少温室气体的排放、治理大气环境、防止污染已经到了刻不容缓的地步。

2007年2月2日，会聚了来自130多个国家的2500多名专家的联合国“政府间气候变化专门委员会”发表了第4份全球气候变化评估报告。这份报告综合了全世界科学家6年来的科学研究成果，报告称气候变暖已经是“毫无争议”的事实，过去50年全球平均气温上升“很可能”（指正确性在90%以上）与人类使用化石燃料产生的温室气体增加有关。报告预测，到2100年，全球气温将升高1.8～4℃，21世纪海平面将至少上升19～37cm，如果近年出现的北极冰层大量融化的趋势继续发展，则海平面最多将升高28～58cm，有不少海岛和沿海城市将沉入海底。

据World Energy Outlook的统计和预测，世界CO2排放量到2030年将是1990年的2倍多，而我国CO2排放总量已经超过美国成为世界第一位。而且我国的能源利用率不高，能源消费以燃煤为主，所排放的SO2等有害气体也给环境造成了很大的压力。

因此，发展新能源和可再生能源对于保证能源安全和保护生态环境都具有重要意义，是全球能源发展战略的必然。

1.4.2 太阳能光伏发电将成为未来主要的能源利用方式

国际上普遍认为，在长期的能源战略中，太阳能光伏发电在众多可再生能源中具有更重要的地位。这是因为光伏发电具有清洁性、安全性、广泛性、长寿命和免维护性、实用性、资源的充足性及潜在的经济性等优点。太阳辐射到地面的功率高达800000亿kW，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kW·h，相当于目前世界上能耗的40倍。同时，太阳能光伏发电具有节能减排的属性，1座兆瓦级电站年发电量可达180万kW·h，在25年寿命期内总产出4500万kW·h的电，累计可节约标准煤17794t，减排CO246264t。

据欧洲光伏工业协会（EPIA）预测，至2050年，光伏发电将会满足世界上21%的电力需求。另据欧洲JRC预测，到2050年，太阳能光伏发电将占全部发电量的25%，到2100年达到64%，见表1-3。太阳能将成为未来能源结构的主导。

1.4.3 太阳能对我国的重要性

1．能源需求增长迅速

随着能源需求的快速增长，我国能源供给面临诸多挑战。目前，我国已是世界第一煤炭生产与消费国，第一大电力生产和消费国，第二能源生产与消费国，第二石油消费国。从2000年开始，我国能源消费年均增长速度接近10%，是1980—2000年期间年均增速的两倍。2006年，国家开始实施降低GDP能源消费强度的措施，提出了2010年单位GDP的能源消费比2005年降低20%，并付诸行动。虽然政府提出的目标基本实现，但是能源消费总量仍持续增加，2010年能源消费总量为32亿t标准煤，比2005年增加了10亿t标准煤，已经超过了国内外多家机构对我国2020年能源需求的预测值。未来相当长的时期内，我国仍将采取快速平稳的发展政策，《国民经济和社会发展第十二个五年发展规划纲要》提出，“十二五”期间GDP增速为7%，预计今后相当长的时期内，能源消费总量仍会持续增加。如果不从现在起就采取积极、有效的措施解决能源需求问题，并实现能源供应的低碳化、清洁化，那么能源、环境问题将会制约我国经济、社会的可持续发展，由此国家把构建安全、稳定、经济和清洁的能源供应体系放在十分重要的位置。

2．能源供应形势严峻

与其他化石能源资源相比，我国的煤炭资源相对丰富，但由于其开发受到赋存条件、水资源条件、生态环境、安全因素以及运输条件和环境容量等多方面的限制，能被有效开发利用的煤炭资源量明显不足。我国油气资源较为贫乏，根据中国工程院的预测分析，我国石油产量在2020年将达到最大值约2亿t，2030年和2050年将分别减少到1.8亿t和1.4亿t，2030年以后我国石油进口依存度达到70%以上。我国天然气需求从2006年的超过500亿m3增加到2030年的3000亿m3，预计到2015年，我国天然气消费中有30%需要进口，2030年有50%以上的天然气需要进口。

从1993年开始，我国成为石油进口国，“十一五”期间平均每年增长5000万t，依存度超过50%，石油供给的贸易依赖已经成为不可改变的事实；从2009年开始我国成为煤炭净进口国，2012年煤炭的净进口量达到2.5亿t；天然气在我国一次能源中的比重只有4.5%，2012年天然气进口超过425亿m3。估计在今后相当长的时间，我国的煤炭、石油、天然气和铀资源对外依赖程度将会持续增加。

能源安全问题凸现，单纯依靠化石能源难以实现经济、社会和环境的协调发展。许多国家都把能源对外依存度高低作为对能源安全风险控制的重要指标，美国虽为超级大国，也一直为降低能源对外依存度而努力，通过发展可再生能源，开发页岩气和近海油气资源来降低对外依存度。我国必须考虑提高可再生能源比例，满足日益增长的能源需求，这种转变既是自身发展的需要，也是作为世界能源大国的责任。

3．应对气候变化与温室气体减排压力

据国际能源署（IEA）预测：由于中国强劲的经济增长，发电行业以及工业对煤炭的严重依赖，中国CO2排放总量在2004—2030年期间会增加一倍多。中国作为CO2头号排放国，已经在气候变化谈判过程中受到来自其他国家，特别是美国和欧盟的巨大压力，要求中国承担更多的排放大国的减排责任。IEA估计的全球CO2排放趋势如图1-5所示。

虽然气候变化谈判没有就量化目标达成一致，发达国家对进一步的减排指标并不积极，但是坎昆气候变化谈判最终使各国在应对气候变化问题上达成了共识。按照京都议定书和公约进行双轨谈判制，虽然未来的谈判之路还很漫长，对中国来说，控制能源消费、发展低碳能源既是自身转变发展方式，实现可持续发展的需要，也是对国际社会负责任大国的表现。在“十二五”和未来更长的时间，我国将动员全社会的力量，实现降低碳强度目标。

按照现在我国的发展目标，到2020年GDP翻两番，能源消耗翻一番，15%非化石能源比例，温室气体的排放至少增长60%～70%。目前，我国的温室气体排放超过80亿t，占全球温室气体排放的23%，如果再增长60%～70%，将会达到130亿～150亿t，占世界温室气体排放的40%左右。面对减排的国际压力，我国必须采取严格的措施控制CO2排放，一定要下决心大力发展可再生能源等低碳能源。