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在跨入21世紀(jì)之際，人類將面臨實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球熱點(diǎn)問(wèn)題。而能源問(wèn)題將更為突出，不僅表現(xiàn)在 常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)了一系列問(wèn)題，如環(huán)境污染，溫室效應(yīng)都與化石燃料的燃燒有關(guān)。目前的環(huán)境問(wèn)題，很大程度上是由于能源特別是化石能源 的開(kāi)發(fā)利用造成的。因此，人類要解決上述能源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽(yáng)能以其獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)，其開(kāi)發(fā)利用必將在21世紀(jì)得 到長(zhǎng)足的發(fā)展，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)綱重任，成為21世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源。?
1.太陽(yáng)能與化石能源的簡(jiǎn)要比較
1．1化石能源帶來(lái)的問(wèn)題
(1)能源短缺
由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全球已探明的石油儲(chǔ)量只能用到2020年，天然氣也只能 延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，如不盡早設(shè)法解決化石能源的替代能源，人類遲早將面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面。
(2)環(huán)境污染
當(dāng)前，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土。這些問(wèn)題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠利用太陽(yáng)能等可再生潔凈能源來(lái)解決。
(3)溫室效應(yīng)
化石能源的利用不僅造成環(huán)境污染，同時(shí)由于排放大量的溫室氣體而產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全 球氣候變化。這一問(wèn)題已提到全球的議事日程，其影響甚至已超過(guò)了對(duì)環(huán)境的污染，有關(guān)國(guó)際組織已召開(kāi)多次會(huì)議，限制各國(guó)CO2等溫室氣體的排放量。
1．2 陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn)
(1)儲(chǔ)量的“無(wú)限性”
太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW，其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于6×109t標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計(jì)算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.892×1013千億t，是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍〔2〕。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年，相對(duì)于人類歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷供給地球的時(shí)間可以說(shuō)是無(wú)限的。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。?
(2)存在的普遍性
雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻，但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。?
(3)利用的清潔性
太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類理想的替代能源。
(4)利用的經(jīng)濟(jì)性
可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)能利用已具經(jīng)濟(jì)性，如太陽(yáng)能熱水器一次投入較高，但其使用過(guò)程不耗能，而電熱水器和燃?xì)鉄崴髟谑褂脮r(shí)仍需耗費(fèi)，有關(guān)研究結(jié)果表明〔3〕，太陽(yáng)能熱水器已具很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著科技的發(fā)展以及人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。
1.3 21世紀(jì)后期太陽(yáng)能將占主導(dǎo)地位
世界各國(guó)，尤其發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)21世紀(jì)的能源問(wèn)題都特別關(guān)注。由于化石能源儲(chǔ)量的有限性和利用的污染性，各國(guó)專家都看好太陽(yáng)能等可再生能源，盡管目前太陽(yáng)能的利用僅在世界能源消費(fèi)中占很小的一部分。如果說(shuō)20世紀(jì)是石油世紀(jì)的話，那么21世紀(jì)則是可再生能源的世紀(jì)， 太陽(yáng)能的世紀(jì)。據(jù)權(quán)威專家估計(jì)，如果實(shí)施強(qiáng)化可再生能源的發(fā)展戰(zhàn)略，到下世紀(jì)中葉，可再生能源可占世界電力市場(chǎng)的3/5，燃料市場(chǎng)的2/5。在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中，太陽(yáng)能處于突出位置。美國(guó)的馬奇蒂博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì)的研究結(jié)果表明，太陽(yáng)能將在21世紀(jì)初進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段，并在2050年左右達(dá)到30%的比例，次于核能居第二位，21世紀(jì)末太陽(yáng)能將取代核能居第一位〔5〕。殼牌石油公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究得出結(jié)論，下一世紀(jì)的主要能源是太陽(yáng)能；日本經(jīng)濟(jì)企劃廳和三洋公司合作研究后則更 樂(lè)觀地估計(jì)，到2030年，世界電力生產(chǎn)的一半將依靠太陽(yáng)能。正如世界觀察研 究所的一期報(bào)告所指出：正在興起的“太陽(yáng)經(jīng)濟(jì)”將成為未來(lái)全球能源的主流。其最新一期報(bào)告則指出，1997年全球太陽(yáng)電池的銷售量增長(zhǎng)了40%，已成為全球發(fā)展最快的能源。
2太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)?
人類利用太陽(yáng)能已有幾千年的歷史，但發(fā)展一直很緩慢，現(xiàn)代意義上的開(kāi)發(fā)利用只是近半個(gè) 世紀(jì)的事情。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊太陽(yáng)電池，從此揭開(kāi)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā) 利用的新篇章。之后，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)發(fā)展很快，特別是70年代爆發(fā)的世界性的石油危機(jī)有力地促進(jìn)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的努力，太陽(yáng)能光熱利用技
1.太陽(yáng)能與化石能源的簡(jiǎn)要比較
1．1化石能源帶來(lái)的問(wèn)題
(1)能源短缺
由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全球已探明的石油儲(chǔ)量只能用到2020年，天然氣也只能 延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，如不盡早設(shè)法解決化石能源的替代能源，人類遲早將面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面。
(2)環(huán)境污染
當(dāng)前，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土。這些問(wèn)題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠利用太陽(yáng)能等可再生潔凈能源來(lái)解決。
(3)溫室效應(yīng)
化石能源的利用不僅造成環(huán)境污染，同時(shí)由于排放大量的溫室氣體而產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全 球氣候變化。這一問(wèn)題已提到全球的議事日程，其影響甚至已超過(guò)了對(duì)環(huán)境的污染，有關(guān)國(guó)際組織已召開(kāi)多次會(huì)議，限制各國(guó)CO2等溫室氣體的排放量。
1．2 陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn)
(1)儲(chǔ)量的“無(wú)限性”
太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW，其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于6×109t標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計(jì)算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.892×1013千億t，是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍〔2〕。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年，相對(duì)于人類歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷供給地球的時(shí)間可以說(shuō)是無(wú)限的。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。?
(2)存在的普遍性
雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻，但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。?
(3)利用的清潔性
太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類理想的替代能源。
(4)利用的經(jīng)濟(jì)性
可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)能利用已具經(jīng)濟(jì)性，如太陽(yáng)能熱水器一次投入較高，但其使用過(guò)程不耗能，而電熱水器和燃?xì)鉄崴髟谑褂脮r(shí)仍需耗費(fèi)，有關(guān)研究結(jié)果表明〔3〕，太陽(yáng)能熱水器已具很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著科技的發(fā)展以及人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。
1.3 21世紀(jì)后期太陽(yáng)能將占主導(dǎo)地位
世界各國(guó)，尤其發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)21世紀(jì)的能源問(wèn)題都特別關(guān)注。由于化石能源儲(chǔ)量的有限性和利用的污染性，各國(guó)專家都看好太陽(yáng)能等可再生能源，盡管目前太陽(yáng)能的利用僅在世界能源消費(fèi)中占很小的一部分。如果說(shuō)20世紀(jì)是石油世紀(jì)的話，那么21世紀(jì)則是可再生能源的世紀(jì)， 太陽(yáng)能的世紀(jì)。據(jù)權(quán)威專家估計(jì)，如果實(shí)施強(qiáng)化可再生能源的發(fā)展戰(zhàn)略，到下世紀(jì)中葉，可再生能源可占世界電力市場(chǎng)的3/5，燃料市場(chǎng)的2/5。在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中，太陽(yáng)能處于突出位置。美國(guó)的馬奇蒂博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì)的研究結(jié)果表明，太陽(yáng)能將在21世紀(jì)初進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段，并在2050年左右達(dá)到30%的比例，次于核能居第二位，21世紀(jì)末太陽(yáng)能將取代核能居第一位〔5〕。殼牌石油公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究得出結(jié)論，下一世紀(jì)的主要能源是太陽(yáng)能；日本經(jīng)濟(jì)企劃廳和三洋公司合作研究后則更 樂(lè)觀地估計(jì)，到2030年，世界電力生產(chǎn)的一半將依靠太陽(yáng)能。正如世界觀察研 究所的一期報(bào)告所指出：正在興起的“太陽(yáng)經(jīng)濟(jì)”將成為未來(lái)全球能源的主流。其最新一期報(bào)告則指出，1997年全球太陽(yáng)電池的銷售量增長(zhǎng)了40%，已成為全球發(fā)展最快的能源。
2太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)?
人類利用太陽(yáng)能已有幾千年的歷史，但發(fā)展一直很緩慢，現(xiàn)代意義上的開(kāi)發(fā)利用只是近半個(gè) 世紀(jì)的事情。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊太陽(yáng)電池，從此揭開(kāi)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā) 利用的新篇章。之后，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)發(fā)展很快，特別是70年代爆發(fā)的世界性的石油危機(jī)有力地促進(jìn)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的努力，太陽(yáng)能光熱利用技
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