用陽光驅動世界
褚君浩
(半導體物理和器件專家、中國科學院院士)
當前能源和環境問題非常嚴重,利用太陽能是解決環境和能源問題非常重要的途徑。聯合國曾經評論,今后50年地球人類面臨四個難題:能源、水、生物、環境,能源和環境是里面兩個重要的問題。
北冰洋的冰也在化,最近網上還有一條有趣的消息,因為北冰洋的冰化掉了,船開進去就化掉了,熊就推這個船。北冰洋的融化還是很厲害的事情。格陵蘭島1992年的時候冰蓋還有的,到2002年冰蓋就少了很多。如果上升一米會怎樣,上升三米會怎樣,左邊這張圖就是上升一米的地方,藍顏色的地方水就進來了,左邊這張圖是上升8米的情況,我估計就好多地方都在水里了。
2013年全球二氧化碳排放的總量是350.9億噸,2013年比2012年增長了2.1%。中國的二氧化碳排放量是95.2億噸,占世界總量的27%,中國是全球二氧化碳排放總量最多,當然人均不是最多,一個人是7噸,世界人均5.5噸,人均最多的是美國,所以減排是非常重要的問題。
地球的能源一個是核能,一個是太陽能。核能裂變資源有限,聚變技術困難,比較難控制,所以現在也不能夠利用。利用太陽能是過去的太陽能,現在的太陽能、風能、水能是我們重點利用的可再生能源。現在石油、天然氣、煤、油也就是一兩百年的時間就用完了,太陽能是無窮大的,永遠可以用下去的,只要太陽存在,現在我們只有發展低碳技術解決能源發展問題。
低碳是三個方面的技術:一個是減碳。第二個是無碳技術,那就是核能、太陽能、風能、生物質能。
上海一天一平方米可以提供3到4度電,在其他的地方甚至可以6度電左右,所以太陽能很豐富的。有人做過計算,因為中國的荒漠很多,如果把中國的沙漠、荒漠拿出10%的土地放上一般的太陽能電池,效率是很高的,10%左右的太陽能電池,就夠我們中國整個一年的用電量。
現在發展太陽能國家的規劃也是比較清晰的,2006年可再生能源大概是7.6%,2026年占15.5%,到2050年四分之一左右都是要用可再生能源取代。這跟國際相比還是比較落后的,美國到2050年80%的太陽能,所以我們的指標相對來說保守一點。
中國的太陽能,也有很多問題,一個是不均勻。西部太陽能很豐富,東部就比較差,像四川這些地方,陰雨綿綿,也不適合發展太陽能。另外一個是受氣侯的影響。
受自然影響5月份、6月份、7月份、8月份太陽光很足,12月份、1月份又下去了。而且每天的情況也不一樣,工作時間和用戶消耗也不匹配。
太陽能推廣民用還有問題,這個人是上海電子學院太陽能研究所的所長,他很早就在家里裝電站了,裝了以后,到11年2月22號《新民晚報》的第一版的消息:他裝了太陽能電池板的電自己用,多下來的就把它送進電網,但是電表不知道是你送進去的,只要有電流經過這個表它的數字就往上走,他送到電網之后表轉得更加快,這樣下來他已經付了2500多塊錢,按照道理是應該少付的,但反而多付了,說明這個太陽能的民用是有問題的。
到去年3月份,再遇到他問他:“你家里的問題解決了嗎?”“沒有解決,后來倒是幫我裝了兩個表,一個表是看我用了多少電,另外一個表是看我有多少電送到電網,因此我要交兩個方面的電費。”到四月份的時候我又問他情況怎樣了,他說現在好了,只要到電網公司填一張表格就可以上網了。現在上海已經有100多家像他一樣安裝了這樣的電站。意味著分布式能源利用將在上海逐步開展。
今后都會像這樣在屋頂放,這是非常劃算的,相當于買養老保險,投資進去之后現在算下來是半年左右就可以回收,現在一度電自己用國家補貼4.2毛,如果不是自己用,把電送到電網補貼1元,這樣回收之后,比如5年或者6年回收它可以用25年左右,6年回收以后,這個電網還在發電,所以就賣電網,等于每家都有一個小工廠,比農村養豬還賺得多,等于是給了你養老金。而且你又感到很光榮,因為是低碳、環保、時尚,夏天的時候別人會限電,我是不會限電的。像在農村自己地里種南瓜我可以大膽地用。
我們國家屋頂資源有4億千瓦以上,我們水電加起來只有2.2億,所以4億千瓦是很厲害的數字。屋頂的資源分布式的能源利用是非常大。
農村電氣化,更多學校和農村偏遠的地區在利用,大氣發展離網應該涉及生態改善系統,還有邊防、海防、石油勘探等等,這些都是太陽能利用好的地方,像邊防地區一定要有太陽能。很多地方沒有電用,可以用太陽能。其他光伏產品也有很多,像路燈。我們去年考察了新疆的太陽能的企業,最賺錢就是這些,他們就是做一些小東西,比如說路燈,像手電筒,我們家里都有一兩個手動筒,不需要的時候就放在那里,因為這個手電筒表面太陽能電池,任何時候都可以用的。但是真正在市面上買這種手電筒買不到。
還有通訊和航天、工業的運用。現在太陽能的汽車已經有了,但是比較少。像太陽能天窗,賽車,電瓶車現在有用到太陽能。太陽能汽車前輪驅動用油,后輪驅動用太陽能,有太陽能要加電池,電池夠就用不到油,就可以節省了油了。現在電動車充電是一個問題,所以太陽能電池的運用是還有必要的。
用陽光驅動世界,太陽能利用關鍵的還是企業、金融、電網、研發。現在有一個概念是能源互聯網,第三次工業革命能源互聯網是重要的方面,新經濟就是能源結構轉型,就地收集能源,就地存儲能源夠成新的經濟系統。
因為太陽能很豐富,家里裝了6千瓦或者10千瓦從總量夠了,但是用起來有問題,把洗衣機、微波爐開了,空調再一開也許就要斷電了。如果大家都在用,最好這個小區里面還有一個小的氣動發電機在發電,如果大家都不用太陽能電池發電,把這個電儲起來,所以要有儲能結構,當然也可以跟網里面連接起來,大家都從網里面拿,多的可以放到網里面,這里面有很多需要調配,一調配之后就相當于信息互聯網,有數據信息相當于電能,網站相當于發電站,服務器相當于儲能裝置,信息路由器就相當于能量路由器,集成一邊轉換,通信和數據交換,能源職能調度、監督管理等功能為一體,現在信息路由器家里很多了,將來能量路由器是非常重要的發展方向,市場會非常多,有質量好壞。
提問:我第二次聽你的報告,越聽越激動,未來是能源互聯網,信息互聯網,是不是可以加一個互聯網,把幾個東西打通,就是無人駕駛的汽車,無人駕駛的太陽能汽車,整個城市里面全部是自動化了,將來就沒有人駛車就更好了。
褚君浩:這個有可能,將來是搞智慧城市,智慧城市就包括智慧的交通,我們現在是初級的智慧交通。高級一點就是無人駕駛車,無人駕駛有硅汽車,或者是無人駕駛的硅電池汽車,都是有前景的,這個當然是很好的想象,智慧的交通完全有這個可能性。
提問:現在是不是各種形式都有可能發電呢?
褚君浩:你這個想法蠻好的。因為能量轉化,各種運動形式都轉化,比如說光變電,光電效應,熱電效應,我們今天講是陽光驅動世界,各種能量的轉化是可以的。所以潮汐發電,風力發電都是有可能的。