文山州太陽能應(yīng)用技術(shù)推廣研究的分析思考

楊道生

(文山學(xué)院數(shù)理系，云南文山663000)

太陽能應(yīng)用是一個既古老又現(xiàn)實的課題。由于世界能源的日益緊缺和保護生態(tài)環(huán)境的需要，太陽能應(yīng)用研究已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關(guān)注。作為生態(tài)環(huán)境比較脆弱的文山，如何在大力發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時，考慮好文山州太陽能應(yīng)用技術(shù)的推廣，將對文山州的節(jié)能減排、降低人民群眾的生產(chǎn)、生活成本和生態(tài)環(huán)境保護起到積極作用，具有深遠的歷史意義和社會意義。

1 太陽能應(yīng)用研究的必要性和緊迫性

世界上一些著名分析預(yù)測研究機構(gòu)預(yù)測，2050年各種一次能源在世界能源構(gòu)成中所占的比例為:石油0(或甚微)，天然氣 13%，煤 20%，核能10%，水電5%，太陽能(含風(fēng)能、生物質(zhì)能)50%，其它2%。由此可看出，在不遠的將來，太陽能將成為世界可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)能源，21世紀是人類大規(guī)模利用太陽能的世紀，這是不以任何人的意志為轉(zhuǎn)移的歷史發(fā)展的必然趨勢。到21世紀末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。［1］能源是經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，由于能源供應(yīng)問題和環(huán)境問題的日益突出，近年來世界各國都加大了對太陽能應(yīng)用的研究。隨著我國經(jīng)濟的快速增長和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求也隨之遞增，中國能源供應(yīng)問題和環(huán)境問題也成為了制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶徑。開發(fā)利用可再生能源是增加清潔能源供應(yīng)、保護環(huán)境、實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要措施。太陽能的開發(fā)利用已經(jīng)引起了我國政府的高度重視，文山要發(fā)展低碳經(jīng)濟，實現(xiàn)跨越式和可持續(xù)發(fā)展，就必須跟隨時代潮流，進行太陽能推廣應(yīng)用的研究。

2 太陽能應(yīng)用的基本概念和發(fā)展概況

2.1 太陽能應(yīng)用的概念

太陽能應(yīng)用是指將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換成不同形式的能量加以貯存和利用，不同的能量轉(zhuǎn)換器可以將太陽能轉(zhuǎn)換成不同形式的能量:集熱器可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，光伏效應(yīng)太陽電池可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，植物可以將太陽能轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能等等。太陽能應(yīng)用涉及的技術(shù)問題很多，但根據(jù)太陽能的特點，具有共性的技術(shù)主要有4項，即太陽能采集、太陽能轉(zhuǎn)換、太陽能貯存和太陽能傳輸，將這些技術(shù)與其它相關(guān)技術(shù)結(jié)合在一起，便能進行太陽能的實際利用。

2.2 太陽能應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展概況

人類在不同時期對太陽能的應(yīng)用與當時的各項科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平密切相關(guān)，最初是太陽能的光—熱轉(zhuǎn)換和光—動力轉(zhuǎn)換。20世紀70年代以來，各國加大了對太陽能研究開發(fā)的投入，人們對各種太陽能利用方式進行了廣泛的探索研究，目前太陽能應(yīng)用的形式主要有:(1)太陽能的光—熱轉(zhuǎn)換應(yīng)用:通過集熱器將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換成熱能后直接應(yīng)用。光—熱轉(zhuǎn)換應(yīng)用:按被加熱物質(zhì)的溫度不同又可以分為低溫(如太陽能熱水器、太陽能干燥)、中低溫(如太陽灶)、高溫(如太陽爐);(2)太陽能光熱發(fā)電:通過集熱器將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換成熱能后再利用熱能加熱來驅(qū)動汽輪機發(fā)電;(3)太陽能光伏發(fā)電:利用太陽能電池將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換成電能;(4)太陽能水泵:利用太陽電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能后帶動水泵抽水;(5)太陽能熱動力水泵:通過集熱器將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換成熱能后再帶動熱動力水泵抽水;(6)太陽能制冷與空調(diào);(7)太陽能建筑;(8)太陽光催化治理環(huán)境;(9)太陽能海水淡化;(10)太陽能制氫:太陽能通過分解水轉(zhuǎn)換成氫能等。［1］

3 文山州應(yīng)用太陽能的條件分析

3.1 自然條件分析

我國各地平均年日照時數(shù)多在1 400～3 200 h之間，年總輻射量約3 300～8 300 MJ/m2之間。文山州的年平均日照時數(shù)為1 760 h①，年平均總輻射量為4 023 MJ/m2，與全國的其它地區(qū)相比，文山州各縣(市)屬于太陽能較豐富區(qū)或太陽能可利用區(qū)，有較好的太陽能應(yīng)用條件①。文山州的國土面積為31 456 km2，按年平均總輻射量為4 023 MJ/m2計算，每年在文山大地上的太陽輻射能為1.27x1020J，相當于35 300億度電提供的能量，是文山州現(xiàn)有發(fā)電站年供電量60多億度電②的588.3倍，換句話說，只要文山州太陽輻射能的1/588被利用，就相當于把文山州的發(fā)電站增加了一倍多。在能源越來越緊缺的今天，若能開發(fā)利用好太陽能，將大大緩解能源供應(yīng)不足的困難，同時還對保護文山州的生態(tài)環(huán)境起到積極作用。

3.2 社會及政策環(huán)境分析

目前，我國政府對太陽能應(yīng)用給予了高度重視，出臺了一系列政策措施，制定了《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》。到2015年，國家支持建設(shè)100座新能源城市、1 000個新能源示范區(qū)、200個綠色能源示范縣和10 000個新能源示范村，其中大力應(yīng)用太陽熱能是重點，為擴大太陽能在城鎮(zhèn)和農(nóng)村的應(yīng)用，國家每年將補貼建設(shè)熱水工程示范項目，在5年中，國家補貼建設(shè)的熱水工程城市為5 000萬m2，農(nóng)村為1 000萬m2。預(yù)計在未來五年，中國太陽能利用的發(fā)展要比前30年的總量還要大許多。［2］

在最近幾年中，云南省大力開發(fā)太陽能資源，太陽能應(yīng)用進入快速發(fā)展時期。省人民政府在2008年提出要加快開發(fā)風(fēng)能和太陽能等新能源，把云南建成國家低碳基地。在各級政府的推動和支持下云南省的太陽能應(yīng)用成效顯著，太陽能熱水器、太陽能灶、太陽能燈等設(shè)施廣泛進入城鄉(xiāng)群眾的家庭，太陽能光伏利用穩(wěn)步推進，云南省被列為太陽能電站建設(shè)的主省區(qū)。

文山雖然地處邊疆，但也具備了良好的社會環(huán)境，太陽能的開發(fā)應(yīng)用得到了中共文山州委、州人大、州政府、州政協(xié)及社會各界的關(guān)心和重視:太陽能的開發(fā)應(yīng)用(太陽能熱水器的普及和光伏發(fā)電等)項目被列入文山州的“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃中;在政府對農(nóng)村的扶貧中，考慮了太陽能熱水器的推廣應(yīng)用項目，如與省科技廳共同開展“文山農(nóng)村光伏水泵應(yīng)用示范項目”;在文山州政協(xié)十屆六次全會中，《關(guān)于加大文山州太陽能技術(shù)應(yīng)用推廣研究的建議》的提案引起高度重視，被列為重點提案;在人民群眾中，有很多人希望能夠在太陽能熱水器的基礎(chǔ)上，進一步擴大應(yīng)用太陽能的范圍，如利用太陽能干燥農(nóng)產(chǎn)品、利用太陽能做飯和提供動力等③。

目前，云南省和文山州進一步開發(fā)應(yīng)用太陽能已經(jīng)具備了良好的社會和政策環(huán)境。但是也應(yīng)該看到文山州的太陽能應(yīng)用推廣工作與全國和省內(nèi)先進地區(qū)相比有較大差距，主要原因是:(1)社會各界對節(jié)能與環(huán)保的重視力度不夠，只從眼前的經(jīng)濟利益出發(fā)，沒有開發(fā)應(yīng)用太陽能的緊迫感;(2)經(jīng)濟落后、科技不發(fā)達，缺乏開發(fā)太陽能的資金和技術(shù)支持。因此還必須做大量工作，爭取得到社會各界的認同和支持。

3.3 科學(xué)技術(shù)條件分析

云南省和文山州大部分地區(qū)都開始普及應(yīng)用太陽能熱水器，昆明就有太陽能熱水器的生產(chǎn)企業(yè)，有一些銷售光伏太陽能水泵的商家。文山本地也有生產(chǎn)某些簡單的太陽能應(yīng)用產(chǎn)品的條件，為太陽能應(yīng)用打下了較好的基礎(chǔ)，但和其他省相比有較大差距，一是在應(yīng)用方面較單一;二是在研究方面沒有形成科研團隊，雖然有一些企業(yè)和個人進行利用太陽能干燥三七和農(nóng)產(chǎn)品的試驗(如文山苗鄉(xiāng)三七實業(yè)有限公司、文山七丹藥業(yè)股份有限公司利用太陽能烘烤加工三七等)，但是還少有企業(yè)和科研機構(gòu)開展太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的深層次研究，沒有掌握進一步發(fā)展的核心技術(shù)③;三是研究用的材料不易得到，四是交通不夠方便，與外界的交往和技術(shù)溝通比較困難。

4 文山州開展太陽能應(yīng)用研究工作的策略思考

文山州的太陽能應(yīng)用推廣工作應(yīng)該考慮兩個層面的問題:一是應(yīng)該做什么，可以做什么;二是應(yīng)該怎么做、能怎么做。

對于第一個層面的問題，筆者認為，從保護生態(tài)環(huán)境的長遠利益看，文山應(yīng)該從太陽能光—電轉(zhuǎn)換應(yīng)用、太陽能光—熱轉(zhuǎn)換綜合利用、太陽能光—動力轉(zhuǎn)換應(yīng)用、太陽能的光—生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換應(yīng)用4大方面進行太陽能的應(yīng)用推廣和開發(fā)研究，但結(jié)合云南省和文山州的現(xiàn)有條件，目前文山本土研究的重點應(yīng)該考慮太陽能的光—熱轉(zhuǎn)換綜合熱利用和光—動力轉(zhuǎn)換應(yīng)用。理由如下:1、目前建光伏發(fā)電站和光熱發(fā)電站的成本太高，需要一次性投入的資金太多，只有依靠國家的投入才能進行，必須由地方政府爭取國家立項投入建設(shè)?？紤]到文山的年平均日照時數(shù)和太陽年總輻射量在全國和云南省排位居中偏下，進行太陽能發(fā)電的效率較低，因此立項的困難較大，只能進行一些小型的光伏產(chǎn)品(如太陽能路燈)的應(yīng)用推廣;2、太陽能的光—熱轉(zhuǎn)換綜合熱利用和光—動力轉(zhuǎn)換應(yīng)用的產(chǎn)品成本低、光熱一次性轉(zhuǎn)換效率高、應(yīng)用范圍廣，服務(wù)對象是千家萬戶的老百姓，比較適合現(xiàn)階段在文山城鄉(xiāng)進行推廣應(yīng)用，產(chǎn)品具有廣闊的市場;3、太陽能的光—熱轉(zhuǎn)換綜合熱利用和光—動力轉(zhuǎn)換應(yīng)用研究需要的資金和技術(shù)條件不是很高，容易組織應(yīng)用推廣和產(chǎn)品開發(fā)研究的科研團隊。

對于太陽能光—熱應(yīng)用產(chǎn)品，目前普及的是太陽能熱水器，主要用于洗浴，在人們的生活中所占的能耗比很低，和生產(chǎn)、生活的關(guān)系也不十分密切，應(yīng)該將光—熱應(yīng)用的范圍擴展:一是考慮民用產(chǎn)品由洗浴向餐飲加工和采暖擴展，二是考慮在民用基礎(chǔ)上向工農(nóng)業(yè)應(yīng)用擴展，三是考慮在低溫利用基礎(chǔ)上向中高溫應(yīng)用擴展。

對于太陽能光—動力轉(zhuǎn)換應(yīng)用，目前市場上還缺少產(chǎn)品，有待研究開發(fā)。在選擇研究開發(fā)項目時，應(yīng)該首先考慮投資較少、方便操作應(yīng)用的產(chǎn)品，考慮什么樣的產(chǎn)品才讓群眾樂于接受。

對于第二個層面的問題，筆者認為，第一，應(yīng)該結(jié)合文山實際，充分利用文山的現(xiàn)有條件，多方面多渠道爭取項目和資金，采取兩條腿走路的方針:在爭取資金支持方面，一是依靠國家的扶持鼓勵政策，努力爭取項目資金(如將太陽能開發(fā)應(yīng)用與石漠化治理有機結(jié)合爭取項目資金)，二是爭取得到企業(yè)的支持參與，將應(yīng)用推廣工作和企業(yè)擴大生產(chǎn)、發(fā)展新的產(chǎn)業(yè)有機結(jié)合。

第二，將引進推廣和自主研發(fā)有機結(jié)合，相互促進。應(yīng)該由易到難，由推廣應(yīng)用到自主研發(fā)，先直接引進和應(yīng)用已經(jīng)成熟的現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品，然后再進一步改進創(chuàng)新。比如太陽灶，目前有很成熟的反射聚光式太陽灶的產(chǎn)品和生產(chǎn)技術(shù)，可以直接應(yīng)用產(chǎn)品或引進技術(shù)生產(chǎn)。又如太陽能干燥技術(shù)，目前國際國內(nèi)都有很多成功的經(jīng)驗和技術(shù)，我國已有70余座太陽能干燥裝置，采光面積超過5000 m2。干燥對象以谷物、煙草、水果、黃花菜、中草藥、棉花等農(nóng)副產(chǎn)品為主。農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院研發(fā)設(shè)計的混聯(lián)式太陽能多功能果蔬干燥成套設(shè)備已成功在新疆、甘肅等地進行生產(chǎn)示范［3］。我們可以將外地的先進經(jīng)驗和技術(shù)引進，根據(jù)文山農(nóng)產(chǎn)品和中藥材加工的需要改進后進行應(yīng)用。太陽能光伏水泵抽水也有比較成熟的產(chǎn)品和技術(shù)，可以引進后試用。而儲能式太陽灶目前還沒有成熟的產(chǎn)品和技術(shù)，應(yīng)該在學(xué)習(xí)現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進行研究創(chuàng)新，研發(fā)出有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品再進行推廣。

第三，加大宣傳力度，營造應(yīng)用太陽能產(chǎn)品的社會氛圍。由于文山州群眾習(xí)慣用傳統(tǒng)的產(chǎn)品和方法，節(jié)能和環(huán)保的意識較差，同時由于經(jīng)濟效益的原因，很多新的太陽能產(chǎn)品還沒有在文山市場出現(xiàn)，大家對很多太陽能應(yīng)用產(chǎn)品缺乏認識，要搞好推廣應(yīng)用，必須象推廣沼氣應(yīng)用一樣，依靠政府的政策支持，并由相關(guān)部門組織人力物力進行宣傳和引進推廣。

第四，應(yīng)該選好試點，做好示范，以點帶面，以實際效果擴大影響。在推廣應(yīng)用新的太陽能產(chǎn)品時，先選擇自然開發(fā)條件和社會環(huán)境好的縣進行應(yīng)用推廣，取得經(jīng)驗后再全面推開。在文山州的八個縣(市)中，自然開發(fā)條件最好的是文山、丘北、硯山［2］(年平均日照時數(shù)分別為2 019.9 h、1 961.9h、1 868.7 h)，可以先在這些縣(市)選點試驗，讓群眾嘗到應(yīng)用這些產(chǎn)品的甜頭后，用自己的親身體會去向其他人宣傳，帶動更多的人使用。

第五，由政府職能部門組織開展進行太陽能推廣利用的研究工作。文山州目前還沒有形成一個系統(tǒng)的、開展太陽能應(yīng)用研究的科研團隊，應(yīng)該由州政府職能部門組織開展應(yīng)用推廣和開發(fā)新產(chǎn)品的研究工作，采取相應(yīng)措施鼓勵高校、科研部門和企業(yè)進行太陽能應(yīng)用技術(shù)的推廣研究，建立多學(xué)科結(jié)合的科研團隊，鼓勵科研工作者進行研究和創(chuàng)新，并就如何進行太陽能應(yīng)用的研究進行具體的規(guī)劃和指導(dǎo)，列出科研項目指南，組織文山州應(yīng)用研究工作的具體實施。

由上面的分析可以看出，文山具有較好的自然條件和社會環(huán)境，目前太陽能的應(yīng)用研究和推廣面臨著最好的時機，但是文山州的太陽能應(yīng)用推廣工作與全國和省內(nèi)先進地區(qū)相比有較大差距，機遇和挑戰(zhàn)并存，文山州只有緊緊抓住機遇，采取有力措施，才能使文山的太陽能推廣應(yīng)用和研究有新的突破，促進文州的經(jīng)濟快速、健康發(fā)展。

注 釋:

① 文山州氣象局提供資料。

② 文山州電力公司辦公室提供資料。

③ 文山州科技局提供資料。

［1］ 20世紀太陽能科技發(fā)展的回顧與展望［EB/OL］．中國太陽能網(wǎng)，http://www.etaiyang.com，2010－06－04.

［2］ 太陽能熱利用:“十二五”風(fēng)來滿眼春［EB/OL］．中國太陽能網(wǎng)，http://www.etaiyang.com，2011－04－01.

［3］ 太陽能干燥技術(shù)的國內(nèi)外概況及應(yīng)用前景［EB/OL］．中國新能源網(wǎng)，http://www.newenergy.org.cn，2008－06－26.