空氣污染降低了中國(guó)太陽能潛力

中國(guó)正在迅速擴(kuò)大太陽能發(fā)電，希望到2030年太陽能能滿足全國(guó)10%的用電需求。但問題是嚴(yán)重的空氣污染阻擋了太陽光，大大降低了中國(guó)太陽能的輸出量，特別是在中國(guó)的北部和東部地區(qū)。這個(gè)問題在冬天就最嚴(yán)重，根據(jù)普林斯頓大學(xué)的研究，這些地區(qū)的空氣污染平均阻擋了約20%的陽光照射到太陽能電池板組件陣。這樣冬季空氣污染對(duì)太陽能發(fā)電的影響與長(zhǎng)期認(rèn)為的作為太陽能發(fā)電主要障礙的云層的影響一樣大。

發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院論文集》的研究論文表明，在中國(guó)北部和東部污染最嚴(yán)重的地區(qū)，氣溶膠污染是太陽能發(fā)電能力每天降低了每平方米1.5 kW·h，或高達(dá)35%。這些電能足以讓真空吸塵器工作1 h，清潔12 lb衣物或在筆記本電腦上工作5 h～10 h。化石燃料燃燒會(huì)增加大氣中的氣溶膠濃度。其他研究人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，包括硫酸鹽、硝酸鹽、黑碳微粒和棕色有機(jī)化合物在內(nèi)的這些氣溶膠正在導(dǎo)致中國(guó)大部分地區(qū)的太陽光變暗。但之前的研究未能計(jì)算出大氣中有多少氣溶膠正在降低中國(guó)的太陽能發(fā)電效率。

普林斯頓大學(xué)土木與環(huán)境工程系博士應(yīng)試生，論文主要作者Xi-aoyuan(Charles)Li表示，像中國(guó)和印度等空氣嚴(yán)重污染的發(fā)展中國(guó)家正在迅速發(fā)展太陽能發(fā)電，但往往忽視了氣溶膠在其規(guī)劃中的作用，而這可能是一個(gè)應(yīng)考慮的重要因素。為了計(jì)算到達(dá)地面上太陽能電池板組件陣的太陽輻射量，科學(xué)家們采用稱為太陽能光伏績(jī)效的模型，結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)，這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)是用美國(guó)宇航局(NASA)儀器測(cè)得的太陽輻射量，分析了大氣中的氣溶膠成分和云層。2003年到2014年他們進(jìn)行了9次覆蓋全中國(guó)的獨(dú)立分析，比較了在有和內(nèi)有跟蹤太陽在空中移動(dòng)的技術(shù)的情況下，氣溶膠與云層對(duì)太陽能發(fā)電的影響。杰出能源教授、加州大學(xué)伯克利分?？稍偕茉磁c適用能源實(shí)驗(yàn)室主任Daniel Kammen(沒有參與研究)認(rèn)為，“特別是發(fā)電廠、車輛、生物質(zhì)燃燒和沙塵暴等自然事件造成的微粒污染可能成為太陽能發(fā)電的主要障礙?！彼f，這項(xiàng)研究采用嚴(yán)格的“大氣化學(xué)模型”來量化污染如何影響到達(dá)地面的太陽輻射量，具有諷刺意味的是，這也可以用來確定清潔能源較少碳排放的效益。

Li說，研究結(jié)果將進(jìn)一步刺激中國(guó)和印度等國(guó)家減少氣溶膠排放量，從而減少污染，除了已知的健康效益外，還可更迅速地增加太陽能發(fā)電量。Li還表示，這樣還可產(chǎn)生良性循環(huán)，因?yàn)樘柲墚a(chǎn)業(yè)的發(fā)展還可減少對(duì)化石燃料的依賴，從而減少有礙太陽能發(fā)電的排放。這樣就可向電網(wǎng)輸送更多的太陽能電力，從而又會(huì)進(jìn)一步減少對(duì)化石燃料的需求。研究結(jié)果也可以幫助確定在住處建設(shè)新的太陽能電池陣。中國(guó)的氣溶膠污染主要集中在工業(yè)化、城市化地區(qū)，而偏遠(yuǎn)的人口稀少地區(qū)則空氣清潔得多。如果研究能量化因空氣污染而減少的太陽能發(fā)電量，政策制定者就可權(quán)衡從較潔凈地區(qū)向污染較重地區(qū)輸送電力的成本與陽光較多地區(qū)建太陽能電池陣增加的電力的收益。環(huán)境工程與國(guó)際事務(wù)教授Denise L.Mauzerall說：“因云層而減少的太陽能發(fā)電量是過去主要的關(guān)注點(diǎn)?！彼荓i的指導(dǎo)老師并協(xié)助開展這項(xiàng)研究。他認(rèn)為，“這次是在確定太陽能光伏電池的發(fā)電能力時(shí)首次考慮大氣污染問題?！彼麄兊南乱粋€(gè)項(xiàng)目，研究人員將把其分析擴(kuò)展到世界其他地區(qū)，包括空氣污染程度與中國(guó)相同的印度。除了研究大氣中的空氣污染物如何通過吸收陽光來減少發(fā)電量外，他們還將研究空氣污染物如何通過污染太陽能電池板本身而減少發(fā)電量的。