第1章 绪论

1.1 开发利用太阳能的重要意义

1.1.1 化石燃料正面临逐渐枯竭的危机局面

随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，对于能源供应的需求量日益增加，而在目前的能源消费结构中，主要还是依赖煤炭、石油和天然气等化石燃料。

美国能源信息署（Energy Information Administration，EIA）于2021年10月发表的International Energy Outlook 2021对2050年前的国际能源市场进行了预测，全球一次能源消费量在2020年为601.5×1015Btu，2025年将增加到667.5×1015Btu，2050年将达到886.3×1015Btu，增幅近50%，平均年增长率1.3%。到2050年，全球化石能源在能源消费结构中所占份额仍然高于3/4。根据报告附表 A1 参考情况统计和预测，2020—2050年世界部分国家和地区一次能源消费量如表1-1所示。

表1-1 2020—2050年世界部分国家和地区一次能源消费量（×1015Btu）

注：Btu为英制热单位，1Btu=2.930711×10-4kW ·h。

资料来源：EIA：International Energy Outlook 2021。

2021年全球一次能源需求涨幅5.8%，创史上最大增幅，其增量主要由可再生能源贡献。能源结构逐步从以煤炭为主转向以更低碳能源为主，但石油仍然是全球最重要的燃料，占全球一次能源消费的30.9%，煤炭为第二大燃料，占26.9%，天然气占24.4%，可再生能源消费占6.7%。可再生能源发电量增加了近 17%，在过去两年中占全球发电量增量的一半以上。以风能和太阳能为主导的可再生能源继续强劲增长，目前占总发电量的13%。2021年世界部分国家一次能源消费结构如表1-2所示。

表1-2 2021年世界部分国家一次能源消费结构（×1018J）

预计到2050年，全球煤炭消耗趋于稳定，份额逐渐下降；石油消费量逐年增加，仍占据能源消费的主要份额；天然气消费预期将增长 31%，所占份额略有下降；可再生能源消费倍增，份额预计从2020年的15%增长到2050年的27%。图1-1为全球一次能源消费结构和占比预测。

图1-1 全球一次能源消费结构和占比预测（单位：×1015Btu）

资料来源：EIA：International Energy Outlook 2021。

我国能源消费结构不断改善，2021年煤炭占一次能源消费总量的比重为56.0%，石油占18.5%，天然气占8.9%，水电、核电、风电等非化石能源占16.6%。与十年前相比，煤炭占能源消费比重下降了14.2%，水电、核电、风电等非化石能源比重提高了8.2%。2021年煤炭产量41.3亿吨，消费量42.3亿吨。石油产量1.99亿吨，消费量7.2亿吨。天然气产量2075.8亿立方米，消费量3690亿立方米。

据统计，截至2020年年底，全球石油储量为2444亿吨，储采比53.5，主要集中在中东和美洲地区。石油储量前5强是委内瑞拉、沙特阿拉伯、伊朗、加拿大和伊拉克，5国总储量1488.9亿吨，占全球储量的63%。中国石油储量为35亿吨，位列全球第13位，储采比为18.2。2021年全球石油产量约44.23亿吨，同比增长1.3%。

全球天然气储量达到188.1万亿立方米，储采比48.8，主要集中在中东、东欧地区。天然气储量前5强是俄罗斯、伊朗、卡塔尔、美国和土库曼斯坦，5国总储量129.2万亿立方米，占全球储量的63%。中国天然气储量为8.4万亿立方米，位列全球第6位，储采比为43.3。

能源领域中污染最严重的煤炭储量情况稍微乐观一些，全球已探明的煤炭储量为1.07万亿吨，储采比139。煤炭储量前5强是美国、俄罗斯、澳大利亚、中国、印度，5国总储量占全球总储量的76%。美国煤炭储采比超过500，俄罗斯达407。中国煤炭已探明储量在全球排行前列，但是储采比远远低于其他国家，仅为37。世界煤炭消费3个大国分别是中国、美国和印度，合计占世界消费总量的70%以上，中国大约占54%。

能源消费不断增长的情况正面临挑战，地球上化石燃料的蕴藏量是有限的。据世界卫生组织估计，到2060年全球人口将达100亿～110亿，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2万亿吨）和铀，所以世界化石燃料的供应正面临严重短缺的危机局面。

为了应对化石燃料逐渐短缺的严重局面，必须逐步改变能源消费结构，大力开发以太阳能为代表的可再生能源，在能源供应领域走可持续发展的道路，才能保证经济的繁荣发展和人类社会的不断进步。