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开发利用太阳能的重要意义

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发表时间：2022-03-15 10:23

1、化石燃料面临逐渐枯竭的危机局面

随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，对于能源供应的需求量日益增加，而在目前的能源消费结构中，主要依赖煤炭、石油和天然气等化石燃料。美国能源信息署（Energy Information Administration，EIA）于2016年5月发表的International Energy Outlook2016对2040年前的国际能源市场进行了预测，全球一次能源消费量在2012年为549（×10^15Btu），2020年将增加到629（×10^15Btu），2040年将达到815（×10^15Btu），增幅达48%，平均年增长率1.4%。到2040年，全球化石能源在能源消费结构中所占份额将高于3/4。根据报告附表A1参考情况统计和预测，世界部分国家和地区一次能源消费量如表1-1所示。

表1-1 2011—2040年部分国家和地区一次能源消费量（×10^15Btu）

注：Btu为英热单位，1英热单位=2.93071×10^4kW·h

资料来源：EIA：International Energy Outlook2016

（IEO2016）报告指出，在化石燃料的消费中，石油占据主要份额，天然气份额增长最快，约在2030年将超越煤炭，煤炭消耗趋于稳定。可再生能源是世界上增长最快的能源，年增长率达2.6%。到2040年，煤炭、天然气和可再生能源的供应差不多达到平衡，在世界发电用燃料中大约各占28%～29%的份额。2015年12月，全球探明的石油储藏量为16560亿桶，7个国家占了80%。2012年产量为9000万桶/天，预计2020年产量为1亿桶/天，到2040年将达到1.21亿桶/天。即使按1亿桶/天计算，估计石油只能开采45.4年。世界石油消费量还在以1%以上的速度增长，1990—2040年世界按地区石油消费量如表1-2所示。

表1-2 1990—2040年世界按地区石油消费量（百万桶/天）

过去20年，新发现的天然气储藏量增加了40%，2016年达到了6950万亿立方英尺，2012年世界天然气消费量为120万亿立方英尺，预计2040年将达到203万亿立方英尺。天然气的储藏量仅够用30多年。能源领域中污染最严重的煤炭储藏量情况稍微乐观一些，截至2012年初，世界煤炭可采储量为9779亿短吨（1短吨=0.9072t），2012年产量是88.98亿短吨，如维持产量不变可开采110年。2030年以前，煤炭是仅次于石油的第2大能源，2030—2040年，煤炭将是继石油和天然气之后的第3大能源。世界煤炭消费量在能源领域中增长是最慢的，2012—2040年平均大约每年增加0.6%。2012年的消费量为153（×10^15Btu），到2020年预计为169（×10^15Btu），2040年将为180（×10^15Btu）。世界煤炭消费的3个大国分别是中国、美国和印度，合计占世界消费总量的70%以上。2012年中国大约占50%，2040年将降低至46%。中国在2012—2040年煤炭消费平均年增长率为6.0%，预计在2025年中国的煤炭消费量将为88（×10^15Btu），2040年将降低到83（×10^15Btu）。2012年中国已探明煤炭可采储量为1262亿短吨。而当年产量是42.56亿短吨，只够开采30年。印度的煤炭消费量将在2030年左右超过美国，在世界煤炭消费中的份额在2012年是8%，到2040年将增加到14%。图1-1为中国、美国和印度能源消费的变化情况预测。

图1-1中国、美国和印度煤炭消费的变化情况

2016年6月发布的《BP世界能源统计年鉴2016》指出，近10年全球一次能源消费量平均年增长率是1.9%。2015年全球一次能源消费增长1.0%，是自1998年以来最低的。除欧洲和亚洲地区外，其他地区消费增速均低于其10年平均值。97%的全球消费增长来自新兴经济体。中国一次能源消费增长1.5%，但仍连续15年保持世界一次能源消费第一。能源结构逐步从以煤炭为主转向以更低碳能源为主，但石油仍然是全球最重要的燃料，占全球一次能源消费的32.9%。煤炭为第二大燃料，在全球一次能源消费中占比降至29.2%，刷新2005年以来的最低纪录。天然气的消费也低于过去10年的平均值，占一次能源消费的23.8%。2015年世界部分国家一次能源消费结构如表1-3所示。

表1-3 2015年世界部分国家一次能源消费结构（百万吨油当量）

2015年，全球探明石油储量减少了24亿桶（-0.1%）至1.6976万亿桶。而全球石油消费量达到每天9440万桶，接近过去10年平均增速的一倍。中国再次成为全球石油消费增长量最大的国家（+77万桶/日）。中国石油依赖进口的情况也越来越严重，根据IEA的统计数据，2015年中国石油日消费量已增至1032万桶的创纪录水平；中石油经济技术研究院报告的数据是：2015年国内石油表观消费量估计为5.43亿吨。未来6年内中国石油日消费量将增长250万桶，净进口增长9.6%至737万桶/天，创历史最高水平。对外依存度首次突破60%，目前是世界第一大石油进口和消费国。而且从长远来看，这种趋势还将继续下去，预计石油进口依存度将从2014年的59%升至2035年的76%，高于美国在2005年的峰值。能源消费不断增长的情况正面临挑战，地球上化石燃料的蕴藏量是有限的，根据《BP世界能源统计年鉴2016》，全球石油探明储量可满足50.7年的全球生产需要，天然气可满足52.8年，煤炭可满足114年，为目前化石燃料中最高储产比。据世界卫生组织估计，到2060年全球人口将达100亿～110亿，如果到时所有人的能源消费量都达到今天发达国家的人均水平，则地球上主要的35种矿物中，将有1/3在40年内消耗殆尽，包括所有的石油、天然气、煤炭（假设为2万亿吨）和铀，所以世界化石燃料的供应正面临严重短缺的危机局面。为了应对化石燃料逐渐短缺的严重局面，必须逐步改变能源消费结构，大力开发以太阳能为代表的可再生能源，在能源供应领域走可持续发展的道路，才能保证经济的繁荣发展和人类社会的不断进步。

2、保护生态环境逐渐受到人们的重视

由于人类的活动，主要依赖化石燃料的燃烧，造成环境污染，导致全球气候变暖、冰山融化、海平面上升、沙漠化日益扩大等现象的出现，自然灾害频繁发生。人们逐渐认识到：减少温室气体的排放，治理大气环境，防止污染已经到了刻不容缓的地步。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发表的《气候变化2007综合报告》指出：自1750年以来，由于人类活动，全球大气中CO2、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）浓度已明显增加，目前已经远远超出了根据冰芯记录测定的工业化前几千年中的浓度值。2005年大气中CO2和CH4的浓度已远远超过了过去65万年的自然范围。CO2浓度的增加主要是由于化石燃料的使用，自工业化时代以来，由于人类活动已引起全球温室气体排放增加，其中1970—2004年增加了70%。自20世纪中叶以来，大部分已观测到的全球平均温度的升高很可能是由于观测到的人为温室气体浓度增加所导致。过去50年，各大陆（南极除外）出现了显著的人为变暖。CO2是最重要的人为温室气体，1970—2004年CO2年排放量增加了约80%，从210亿吨增加到380亿吨，在2004年已占到人为温室气体排放总量的77%。温室气体以当前的或高于当前的速率排放将会在21世纪期间造成温度进一步升高，并会诱发全球气候系统中的许多变化，这些变化很可能大于20世纪期间所观测到的气候变化，可能导致一些不可逆转的影响。有中等可信度研究表明，如果全球平均温度增幅超过1.5～2.5℃（与1980—1999年相比），所评估的20%～30%的物种可能面临灭绝风险。如果全球平均温度升高超过约3.5℃，模式预估结果显示，全球将出现大量物种灭绝（占所评估物种的40%～70%）。表1-4给出了基于模式的针对21世纪末（2090—2099年）全球地表温度升高和平均海平面上升的预估值。

表1-4 21世纪末全球平均地表温度升高和海平面上升预估值

续表

注：①评估温度的最佳估值和可能的不确定性区间，源自复杂程度不一的各类模式及观测限制。

②2000年的固定成分从大气—海洋环流模式（AOGCM）反演而来。

③上述所有情景是6个SRES标志情景。在SRESB1、AIT、B2、A1B、A2和A1FI解释性标志情景下，对应2100年人为温室气体和气溶胶产生的强迫辐射（参见《第三次评估报告》第823页）的近似CO2当量浓度大约分别是600ppm、700ppm、800ppm、850ppm、1250ppm和1550ppm。

④温度变化用于1980—1999年平均差表示。为了表示相对于1850—1899年的变化，再加上0.5℃

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的结论是：要在2050年将全球平均温度升高控制在2.0～2.4℃，需要在2000年基础上降低全球CO2排放量的50%～85%。高排放水平将导致更加显著的气候变化（如表1-5所示）。目前的研究发现，气候变化比过去预期的更快，甚至在2050年全球CO2的排放量降低50%也不足以避免温度上升的危险（UNSW2009）。

表1-5 CO2排放量与气候变化的关系

资料来源：IPCC2007

2015年，来自能源消费的CO2排放仅增长了0.1%，除2009年经济衰退时期外，这是1992年以来的最低增速。美国（-2.6%）和俄罗斯（-4.2%）排放量降低的绝对值最大，但印度（+5.3%）排放增幅最大。中国自1998年以来首次出现排放量下降。2016年11月生效的《巴黎气候变化协定》本质上是一项能源协定。能源消费至少占温室气体排放的2/3，能源行业的革命性转变对于实现《巴黎协定》的目标至关重要。2015年，能源相关的CO2排放增长基本停滞。这主要是由于全球经济的能源强度降低了1.8%，能效提高及全球各地清洁能源利用的增加。能源行业每年的投资额大约为1.8万亿美元，其中越来越多的投资被吸引到清洁能源。与此同时，上游油气行业的投资却在锐减。2015年化石燃料的补贴额从前一年的将近5000亿美元，下降到3250亿美元，这反映了化石燃料价格的走低，以及针对化石燃料补贴的改革在好几个国家已经取得了进展。International Energy Outlook2016统计并预测了部分国家和地区1990—2040年的CO2排放量，如表1-6所示。2012—2040年的CO2排放量平均年增长率将为1.0%。

表1-6 部分国家和地区1990—2040年的CO2排放量统计及预测（10亿吨）

该报告还对燃烧不同种类燃料产生的CO2排放量进行了统计和预测，结果如图1-2所示。液体燃料在1990年产生的CO2排放占比最高，为全球CO2排放量的43%。2012年下降至36%，预测至2040年将维持同样比例。煤炭在1990年CO2排放量占全球CO2排放量的39%，2012年为43%，2040年将下降至38%，比液体燃料略高。但煤炭作为碳含量最高的化石燃料，从2006年起CO2排放量占比始终为最高。天然气在总的CO2排放量中占比相对较小，从1990年的19%，2012年的20%，增加至2040年的26%。

图1-2 1990—2040年全球不同种类燃料产生的CO2排放量（×10亿吨）

国际能源署（IEA）在2016年5月发表的CO2 Emissions from Fuel Combustion Highlights（2016 Edition）列出了部分国家1971—2014年燃料燃烧的CO2排放量，也对中国近年来不同类型的燃料所产生的CO2排放量进行了统计，如表1-7所示。同时也列出了近年来中国各类燃料的CO2排放量（如表1-8所示），还指出2014年世界CO2排放前10个国家分别是中国、美国、印度、俄罗斯、日本、德国、韩国、伊朗、加拿大和沙特阿拉伯，如图1-3所示。

表1-7部分国家1971—2014年燃料燃烧CO2排放量（×10^6t）

表1-8 近年来中国各类燃料的CO2排放量（×10^6t）

2014年全球CO2排放量为32.4Gt，而前10个国家总和为21.8Gt，占CO2排放总量的2/3。按行业分类统计：发电和供热排放的CO2最多，占排放总量的42%，交通运输占23%，工业占19%，住宅占6%，其他为10%。可见，采取措施减少发电排放的CO2十分重要。

由表1-7可见，1990—2014年全球CO2排放量年平均增长率为57.9%，而同期中国年平均增长达到了333.1%。这一方面是由于经济高速增长，导致排放量增加，另一方面与能源消费结构有关，中国的能源利用率不高，能源消费以燃煤为主，煤炭中所含的硫等有害成分很高，所以受到普遍关注。据世界银行估计，到2020年中国由于空气污染造成的环境和健康损失将达到GDP总量的13%。

图1-3 2014年世界CO2排放量前10个国家情况

减少CO2排放量，保护人类生态环境，已经成为当务之急。太阳能是清洁无公害的新能源，光伏发电不排放任何废弃物，大力推广光伏发电将对减少大气污染、防止全球气候变化做出有效贡献。

3、常规电网的局限性

根据国际能源署（IEA）发表的World Energy Outlook2016披露，尽管许多国家都加强了能源工作力度，但依然有大量人群无法享用现代能源。到2014年，全世界还有接近12亿人无法获取电力，主要集中在撒哈拉以南非洲的农村地区。有大约27亿人依然依靠固体物质进行炊事，这意味着他们会继续暴露于烟雾缭绕的室内环境，而这会造成每年350万人过早死亡。无电人口大部分生活在经济不发达的边远地区，由于居住分散，交通不便，很难通过延伸常规电网的方法来解决用电问题。IEA预计，到2040年全球仍然还有大约5亿多人口用不上电。如表1-9所示。

表1-9 世界无电地区人口分布（百万人）

（REN21）发布的《2016年全球可再生能源现状报告》中指出，到2013年还有17%的全球面积没有电网覆盖，全球无电人口12.01亿，其中农村占80%。非洲有6.35亿，北美洲100万，亚洲发展中国家5.26亿（中国100万），拉丁美洲2200万，中东1700万。2013年无电人口在1500万以上的国家有20个（如表1-10所示）。由于非洲人口增加很快，自2000年以来，非洲大陆无电人口增加1.14亿，IEA估计到2040年尽管有9.5亿人用上了电，但仍然有5.3亿人没有享受到电力供应。2040年非洲大陆电网覆盖率要达到70%，需要每年投资75亿美元。

表1-10 2013年全球无电人口在1500万以上的国家