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作者:祝魏玮 来源:科学时报 发布时间:2008-6-29 22:28:35
何祚庥:物理学在能源结构调整中的作用

 
6月26日,在中国科学院第十四次院士大会举行的数理学部学术报告会上,中科院院士何祚庥在题为《物理学和调整能源结构》的报告中反问了两个问题:物理学的发展从来都强烈地影响着能源的发展,今后物理学还能为核能再作贡献吗?物理学能否为可再生能源作出贡献?
 
何祚庥表示:物理学的发展从来都是为能源问题开辟新道路,寻求新方向。但这些只是物理学“过去”的贡献了,现在世界石油资源面临枯竭,煤和天然气呈现短缺,将出现世界性的能源危机。我国今年遭遇严重雪灾,为中国未来可能出现的能源危机提前发布了“警报”!我们物理学将能做些什么?物理学还能为能源再作新贡献吗?
 
物理学还能为核能再作贡献吗?
 
何祚庥说,核能是物理学的传统领域。2006年我国核能占一次能源的比重仅0.7%!核能显然需要大力拓展。2020年,我国核能将占电力装机总量的4%,期望达到4000万千瓦~4800万千瓦的容量。不少核物理、核化学学者认为速度“太慢”,不能满足大力调整能源结构的需要,问题是我国天然铀资源严重短缺!包括未来可能探明和可能进口的优质天然铀资源,仅能支撑约6000万千瓦的各类热中子堆发电站——包括压水堆、重水堆、高温气冷堆、熔盐堆等先进核反应堆——运行40年。也许还能发现某些低品位的铀矿床,也许由于天然铀价格的飞涨,因而也有开采价值,但这一新增天然铀资源仍须用来支持各种热中子堆发电站的持续发展,而且还出现了开采和加工能耗的增加,水资源的消耗以及温室气体的排放等,新增加的经济和环境问题。所以,我国热中子核电站很难超过6000万千瓦。
 
何祚庥表示:“近期核能的快速发展要受到资源的制约。在如何充分发挥核的效益的问题上,应充分发挥核燃料易运输,因而有可能在缺能地区供能,做成大型移动能源,充分发挥核能调剂供求的‘调峰’功能和充当大型船舶动力。”
 
物理学能否为可再生能源做出贡献?
 
何祚庥表示:很难精确估计2050~2100年我国15亿人口的能源需求。但如果未来我国人均需求10吨标准煤(这是美国现有消费的水平),这将是150亿吨;如果我国未来电力装机是人均3.3千瓦(也是美国现有消费水准),这将是50亿千瓦!
 
但何祚庥认为,太阳能在可再生能源中将发挥重要作用,其中自适应光学的广泛应用是太阳能发展的前景。
 
近10年来,世界太阳能产业发展极快。2006年世界光伏电池产量达2500MWp。10年来年平均增长33%,最近5年高达43%。中国2006年产量达369.5MWp,是继德国、日本以后,世界第三位光伏电池生产国。但中国并没有光伏市场,产量中的99%均出口到国外!在中国得到大量应用的是太阳能热水器,居世界第一。
 
何祚庥认为,导致这一问题的原因是:“太阳能光伏发电和太阳能热发电成本太高;国家发改委至今尚未制定鼓励太阳能发电的明确的政策。”
 
那么,光伏发电成本高在哪里?
 
何祚庥在报告中表示:我国陆地年接收的太阳能高达17000亿吨标准煤。人们只利用了微不足道的份额。晶体硅光伏电池有15%的转换效率,所用材料厚度约为200微米。近年来,多晶硅材料飞速上涨,市场采购价格约是200~250美元/公斤,集团内长期供货价格约为50~60美元/公斤。每公斤硅材料可生产出峰值功率为100瓦,或写为100Wp的光电池。仅材料成本按市场价,就高达2.0~2.5美元/Wp,太阳电池片供货一般是3.0~3.1美元/Wp。集团内太阳电池片供货一般是0.47~0.56美元/Wp,其价差别可达5~6倍。
 
目前在太阳能领域内出现了另一种新思维:将“聚光技术,包括自适应光学聚光技术”应用于太阳能。自适应光学是将电脑技术应用于各光学元件运动及其组合的精密控制,达到最佳光学质量。太阳光辐射到我国地面的总能量,虽然高达17000亿吨标准煤,但每平方米接受的光能,在一类地区,如西藏,约为1千瓦。怎样将分散的阳光集中起来,就要用到许多透射镜、反射镜。大面积的透射镜和反射镜的精密加工,其价格将十分昂贵;体积和重量都十分巨大的光学元件,随太阳方位变化的精密控制,同样将遇到不少困难!
 
何祚庥强调,一个最简单的回答是,将自适应光学聚光应用于控制太阳能领域内各个光学元件的组合及其运动。如果在不久的将来能成批量地生产出这种能承受几百倍光强,易于散热,具有高转化效率的聚光的光电池,而且做到价廉物美;如再能研发出在高聚光条件下免受各种环境因子影响的,保护聚光光电池安全、可靠、运转的光漏斗,加上上述单参数控制、自动跟踪的定日镜,这将是太阳能发电技术的大革命!
 
最后,何祚庥感慨:“时代在变化,从现在的认识来看,为彻底解决人类生存、发展的能源问题,将主要是依靠可再生能源。人类即将迎接的是太阳能时代。”
 
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