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“中国道路太阳能电网”可行性简述

2008-05-14 10:01
PokerJoker
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   “道路太阳能电网”是以全世界道路联网为基础构想的。在中国建设独立的“道路太阳能电网”,虽然不能实现24小时不间断发电,但在国际合作一时难以实现的前提下,这是一个积极而富有建设性的举措。而且,世界连通的“道路太阳能电网”也是要以各国的道路太阳能电网为基础的。所以,我主张在中国率先建立,以达到先行解决我国能源问题和垂范国际的目的。
  
   我国经济持续高速发展了三十年,至今能源的瓶颈一直未能得到有效的突破。一方面,能源短缺带来的能源安全问题无时不在威胁着我们。对于石油和煤炭这些不可再生能源,我们明知“越用越少”,但为了发展经济又不得不“越用越多”。近年来,我国开始重视可再生能源的利用,水能、风能、太阳能都已进入人们的视野,可再生能源的应用技术也在不断提高和创新,但人们并未清醒地意识到,只有太阳能才是彻底解决人类能源问题的唯一出路。
  
   另一方面,使用不可再生能源带来的环境污染问题,更是让人们陷入难以自拔的泥潭。为了用电我们燃烧煤炭排出二氧化硫,为了让汽车跑起来我们燃烧石油排出废气,把空气污染后我们又不得不花大成本去治理。面对这种捡了芝麻丢了西瓜的事,人们现在是一脸的无奈。也许我们不知道,当我们低头捡芝麻的时候,头上的太阳神正在发笑。
  
   不可再生能源越用越少和由此带来的污染问题,就象一把剑上的双刃,现在人们是握在剑刃上,握得越紧伤害越大,不握紧又会失手丢剑。“道路太阳能电网”才是这把双刃剑的把手,握住这里,这把剑才是真正属于我们自己的。当然,未能充分认识太阳能对人类的恩惠,原因是多方面的,但其中主要原因是现在在太阳能利用的思路上的局限,那种高成本的“点”式太阳能发电站让人们对太阳能发电又爱又恨,爱恨交加。如今,“道路太阳能电网”系统把我们从“点”引到“网”上(关于“点”与“网”的对比,另有《“道路太阳能电网”构想》一文专述),使太阳能发电的高成本问题迎刃而解,为人们利用太阳能找到了一条康庄大道。
  
   据资料显示,目前我国公路总长约为357万公里,面积3.57万平方公里(按平均路宽10米计算,下同)。铁路总长7.3万公里,面积0.07万平方公里。道路(含公路和铁路,下同)总面积为3.64万平方公里。从理论上讲,依据现在的太阳能发电技术,利用这个面积完全可以建成足够全国能耗的“道路太阳能电网”系统。
  
   我国幅员辽阔,遍布在960万平方公里土地上的道路网络,可以极大地减少天气因素对阳光的阻隔。气象资料显示,即使在多雨的季节,整个中国大地完全被雨云覆盖的情况非常罕见,从而使整网因天气影响而不能发电的时间降至最少。
  
   另外,我国国土从西到东跨越5个时区,从而使整网有比较大的东西宽幅。以夏至(6月22日)日为例,新疆喀什的日出时刻为07∶29,日没时刻为22∶27;黑龙江黑河的日出时刻为03∶20,日没时刻为19∶45,即该日整网光照时间为19小时,无日照仅为5小时。夏至是我国独立的“道路太阳能电网”最长的光照时间。
  
   我们再来看看冬至(12月22日)日,位于我国东部的上海,日出时刻为06∶49,日没时刻为17∶00;新疆的喀什日出时刻为10∶13,日没时刻为19∶36,即该日的整网光照时间为13小时。这是我国独立“道路太阳能电网”最短的光照时间。
  
   如果将整网光照时间平均取值,那么我国“道路太阳能电网”的日均光照时间为16小时。换句话说,整网不发电的时间仅为8小时,与发电时间比为1∶2。这样的比例虽然仍需一定的蓄电成本,但与现在的“点”状太阳能发电站相比,其整体发电效率会有一倍以上的提高,正所谓1+1>2。再加上无偿的道路用地、简单的管理维护以及规模效应的发挥等因素对降低成本所起的作用,“道路太阳能电网”的发电成本会低得让人难以想象。
  
   那么,如果在我国建成独立的“道路太阳能电网”,究竟能给我们带来多少电能呢?根据我的计算,如果在我国的道路上面都装上太阳能聚光板,建成自动循环的道路太阳能电网,只要平均每平方米太阳能聚光板日发电量达到0.24千瓦时,就可以满足整个中国的用电,即年发电量32559亿千瓦时。而目前单晶硅太阳能电池板每平方米日发电量已经超过0.4千瓦时,所以从理论上说,在我国建设独立的道路太阳能电网是完全可行的。
  
   按照我的设想,在建设我国的“道路太阳能电网”时可分为三个阶段来实施:
  
   第一阶段,可以针对石油的短缺和汽车尾气带来的空气严重污染这个现实难题,先将所有的“汽车”改成“电池车”(参见《太阳能电动车就在路上》一文)。如果只给电池车供电(可以包括道路照明系统),据估算只要沿道路一边架设相连接的“窄幅”(1米左右)太阳能聚光板就足够了。第一阶段的实施,一方面可以终止汽车对石油的消耗,另一方解决了汽车废气对环境的污染。这个问题解决了,就能充分显示出“道路太阳能电网”的强大优越性。可以说,这个阶段是针对性最强,效果最明显的。它足以让人们看到“道路太阳能电网”的未来前景,从而坚定继续建设的信心。
  
   必须注意的是,在建设专供电池车用电的道路太阳能电网时,必须从长远考虑,要与将来道路太阳能聚光板对道路的全覆盖一并规划和设计,为下一阶段的建设做好准备。不能只取眼前,因为我们最终目标是要使道路太阳能电网成为世界能源的唯一来源。
  
   第二阶段,沿道路另一边架设相连接的“次宽幅”(2米左右)太阳能聚光板,解决居民生活用电。估计居民用电比电池车用电要大得多。
  
   第三阶段,就是架设“宽幅”(5米以上)太阳能聚光板,即在道路两边太阳能聚光板的基础上,将中间部分作覆盖式连接,所发电用以供应工业和其它所有用电需求。
  
   以上三个阶段,在时间规划上,可以按3年、3年、5年来安排。
  
   那么,要建成我国的“道路太阳能电网”需要多少资金呢?按照目前的多晶硅太阳能电池板的价格,加上在道路上架设太阳能电池板需要的支架,以及控制器、蓄电池、逆变器等相关配套设施,估算每平方米道路太阳能发电设施造价为120元,由此算出中国的“道路太阳能电网”系统总投资为43,680亿元人民币(36,400,000,000平方米×120元)。再按设备的平均使用寿命20年(现在的太阳能发电设备使用寿命一般为25年),发电系统的维护费用为总投资的5%,可以算出每度电成本只有7分钱人民币!而且,它的环保效益更是无可计量的。
  
   虽然建设“道路太阳能电网”所需是一笔庞大的资金,但它的建设可以省去对水电站、核电站和煤炭、石油的建设和开发投入,这笔钱有多少我暂时无法统计,估计会是一个十分庞大的数目。即使不考虑这笔可节省的资金,43,680亿如果分十年投入,那也是我国的财力完全能够承受的。在建设规划时,可以采取主干道由国家投资,非主干道由民间投资的方法,这样既可以解决资金问题,又能提高全民的环保意识。这是一个一次性全面解决全国能耗需求的环保能源系统工程,这笔资金的投入可以说是一本万利,而且惠及子孙后代,非常值得。
  
   我建议国家能源部门先在上海至新疆以及京九铁路上做实验,这是中国独立的“道路太阳能电网”的东西和南北宽幅的骨架,实验数据将对全网建设具有基础性的指导意义。
  
   从长远来看,还是要通过国际间的合作来增加道路太阳能电网的宽幅,提高太阳能发电的效率。如果我国能率先成功建设“道路太阳能电网”,它的示范效应就会大大地促进国际间的合作进程,这就离世界相连的“道路太阳能电网”不远了(参见《“国际道路太阳能电网”合作原则》和《“国际道路太阳能电网”愿景描述》)。

   (编辑:xiaoyao)

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