太陽(yáng)能的開發(fā)利用及其環(huán)境影響

環(huán)境09-012012-3-21太陽(yáng)的神話太陽(yáng)能的利用歷史太陽(yáng)能的來(lái)源我國(guó)的太陽(yáng)能資源太陽(yáng)能的未來(lái)太陽(yáng)能開發(fā)利用環(huán)境影響太陽(yáng)能的開發(fā)利用太陽(yáng)能的特點(diǎn)日初出大如車蓋，及日中則如盤盂，此不為遠(yuǎn)者小而近者大乎？日初出滄滄涼涼，及其日中如探湯，此不為近者熱而遠(yuǎn)者涼乎？太陽(yáng)是一個(gè)熾熱的大氣球，他的直徑大約是139萬(wàn)Km,是地球直徑的109倍，它的體積是地球的130萬(wàn)倍，而它的質(zhì)量為地球的33倍。太陽(yáng)的主要組成成分是氫和氦，其中氫占78%，氦占20%，其它元素占2%。在異常的高溫高壓下，原子失去全部或大部分核外電子，他們?cè)诟咚龠\(yùn)動(dòng)和互相碰撞中發(fā)生多種核反應(yīng)，最重要的是氫氦聚合成氦核的反應(yīng)，即熱核反應(yīng)。太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng)每秒鐘要燒掉6億噸氫核燃料，在聚變?yōu)楹r(shí)，實(shí)際消耗的氫核約400萬(wàn)噸。太陽(yáng)的巨大能量就是這樣產(chǎn)生的。太陽(yáng)從中心向外可分為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)、太陽(yáng)大氣。太陽(yáng)中心的溫度高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度。專家預(yù)測(cè)：太陽(yáng)中氫的存儲(chǔ)足夠維持600億年，因此可以說(shuō)太陽(yáng)能的能量是取之不盡用之不竭。西周時(shí)期，“陽(yáng)燧取火”——用凹面銅鏡會(huì)聚陽(yáng)光點(diǎn)燃艾絨取得火種。1615年，法國(guó)工程師所羅門·德·考克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。1854~1874年，世界上第一臺(tái)太陽(yáng)能蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世。1878年，在巴黎世界博覽會(huì)上展出了轟動(dòng)全世界的太陽(yáng)能印刷機(jī)。20世紀(jì)70年代以后，太陽(yáng)能科技突飛猛進(jìn)，太陽(yáng)能的利用也不斷的發(fā)展。2005年9月，上海市政府公布“上海開發(fā)利用太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃”。2006年6月，中國(guó)成立風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估中心。2009年3月23日，財(cái)政部印發(fā)《太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，擬對(duì)太陽(yáng)能光電建筑等大型太陽(yáng)能工程進(jìn)行補(bǔ)貼。2011年我國(guó)將太陽(yáng)能《十二五新能源規(guī)劃綱要》。在中國(guó)，西藏西部太陽(yáng)能資源最豐富，最高達(dá)2333KWh/㎡（日輻射量6.4KWh/㎡），居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。小浪底大壩最高達(dá)4.795KW/h根據(jù)各地接受太陽(yáng)總輻射量的多少，可將全國(guó)劃分為五類地區(qū)。一類地區(qū)為中國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量6680～8400MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量5.1～6.4KWh/㎡。這些地區(qū)包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。二類地區(qū)為中國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量為5850-6680MJ/m2，相當(dāng)于日輻射量4.5～5.1KWh/㎡。這些地區(qū)包括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。三類地區(qū)為中國(guó)太陽(yáng)能資源中等類型地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量為5000-5850MJ/m2，相當(dāng)于日輻射量3.8～4.5KWh/㎡。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、臺(tái)灣西南四類地區(qū)是中國(guó)太陽(yáng)能資源較差地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量4200～5000MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量3.2～3.8KWh/㎡。這些地區(qū)包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇北部、安徽南部以及黑龍江、臺(tái)灣東北部等地。五類地區(qū)主要包括四川、貴州兩省，是中國(guó)太陽(yáng)能資源最少的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量3350～4200MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量只有2.5～3.2KWh/㎡。從全國(guó)來(lái)看，中國(guó)是太陽(yáng)能資源相當(dāng)豐富的國(guó)家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4kWh/㎡以上，西藏最高達(dá)7kWh/㎡。1、資源豐富太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW

，其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于6×109噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年，相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。2、分布廣泛陽(yáng)光普照大地，無(wú)論陸地或海洋，無(wú)論高山或島嶼，都有明媚的陽(yáng)光，而且不需要運(yùn)輸，獲取方便。一般認(rèn)為，處于南北緯50~60度以內(nèi)的。年日照時(shí)間在1600~2400小時(shí)，只要投資建造太陽(yáng)能利用裝置，能量就可以無(wú)限使用。3、利用的清潔性太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，這是太陽(yáng)能獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。4、利用的經(jīng)濟(jì)性一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)能利用已具經(jīng)濟(jì)性，如太陽(yáng)能熱水器一次投入較高，但其使用過(guò)程不耗能，終身受益。研究表明：隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。1、強(qiáng)度弱北回歸線附近，在夏季晴朗的中午太陽(yáng)輻射的輻照度最大，在垂直太陽(yáng)光方向1平方米接收太陽(yáng)能平均只有1000瓦左右。若全年日夜平均，則只有200瓦左右。在冬季減半，陰天一般只有五分之一。利用太陽(yáng)能需要面積相當(dāng)大的收集和轉(zhuǎn)換裝備，造價(jià)高。2、不連續(xù)晝夜交替造成太陽(yáng)能輻射的間斷。全球大部分地區(qū)，一年有一半的時(shí)間處于黑夜，其余的一半時(shí)間還要受天氣影響，這也限制了太陽(yáng)能的應(yīng)用。單位時(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的輻射能量。3、不確定受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制和陰晴云雨等隨機(jī)因素的影響，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度既不連續(xù)又不穩(wěn)定，這給太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。要想使太陽(yáng)能成為連續(xù)穩(wěn)定的能源，最終能成為能夠與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，必須解決蓄能問(wèn)題。目前，蓄能也是太陽(yáng)能利用中較薄弱的環(huán)節(jié)。4、成本高目前太陽(yáng)能利用的發(fā)展水平有些方面在理論上行得通，技術(shù)上也是成熟的，但有些太陽(yáng)能利用裝置成本較高、效率偏低，總得經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相媲美。專家預(yù)測(cè)，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展主要受經(jīng)濟(jì)性的制約。1·直接利用太陽(yáng)光照射，獲取太陽(yáng)光的熱量。如：晾曬衣服、鹽田制鹽、晾曬糧食、溫室大棚等。2、光合作用即太陽(yáng)能的生物轉(zhuǎn)化。a植物的光合作用制造有機(jī)物。b生產(chǎn)綠色燃料。南方種植的麻風(fēng)樹制作生物柴油，木薯和甜高粱提取燃料乙醇。3、光熱轉(zhuǎn)換，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能利用。利用集熱器得到100度一下的低溫?zé)嵩春?000~4000度的高溫?zé)嵩础Ｈ缣?yáng)能熱水器、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)房、空調(diào)、室內(nèi)取暖、太陽(yáng)能熱發(fā)電等。太陽(yáng)熱發(fā)電，全世界以以色列的技術(shù)最為先進(jìn)。在工農(nóng)業(yè)上，太陽(yáng)能干燥、太陽(yáng)能冶煉、太陽(yáng)能水泵。4、進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能加以利用。光電轉(zhuǎn)換就是通過(guò)光電器件將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能，目前常用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅光伏發(fā)電等，核心就是太陽(yáng)能電池。目前太陽(yáng)能電池只是作為小功率的特殊電源，應(yīng)用在邊遠(yuǎn)地區(qū)和電網(wǎng)難以覆蓋的地區(qū)。太陽(yáng)能直接利用的能源系統(tǒng)基本上不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。但是，太陽(yáng)能若集中大量的開發(fā)利用可能會(huì)造成太陽(yáng)能回流減少，并影響局部環(huán)境的氣候；還可造成雨量減少和生態(tài)變遷。同時(shí)，太陽(yáng)能蓄電池壽命很短，如果處理不當(dāng)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊太陽(yáng)電池，太陽(yáng)能開發(fā)利用技術(shù)發(fā)展很快，特別是70年代爆發(fā)的世界性的石油危機(jī)有力地促進(jìn)了太陽(yáng)能開發(fā)利用。世界各國(guó)，尤其發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)21世紀(jì)的能源問(wèn)題都特別關(guān)注。由于化石能源儲(chǔ)量的有限性和利用的污染性，各國(guó)專家都看好太陽(yáng)能等可再生能源