摘 要: 太阳能(包括风能、生物质能、空气热能、地温热能等) 的科学利用, 使得这些“农村能源”可以让城市更美好。文章建议将太阳能等可再生能源利用列入2010 年上海世博会主题规划, 在世博会场馆内外广泛展示太阳能高新科技的进步以及在城市中的应用, 保证世博会场馆总能耗的50% 来自太阳能等可再生能源, 以期促成“上海十万个太阳能屋顶计划”、“上海10 万kW 近海风力发电场计划”以及“上海10 万kW 生物质能(含垃圾) 发电计划”。希望到2010 年, 上海的可再生能源发电达到全市发电总装机容量的5% , 成为实施《中华人民共和国可再生能源法》(草案) 的先锋和模范。
0 引言
2004 年10 月, 国际原油价格暴涨至近50美元ö桶, 使人不由联想到1973 年能源危机中的那个寒冷的冬天。地球上的石油只够用46 年, 天然气68 年, 煤炭约260 年。虽然还有人梦想会发现更多的石油、天然气, 以支持目前的化石能源文明, 但是一个不争的事实是: 用廉价方式开采的化石能源的枯竭期即将来临, 接着是化石燃料价格不断飙升。随着化石能源行将枯竭, 2050 年以后,太阳能、风能、生物质能等可再生能源将成为世界能源供应的支柱, 一场能源革命, 以太阳能等可再生能源取代化石能源的大变革, 必将在21 世纪发生。
世博会是促进世界各国经济、文化及科技交流的平台, 也是展示人类文明进步的里程碑。2000年在德国汉诺威举办的世界博览会, 本论文由 上海论文网 www.zhonghualw.com 整理提供已经展示了当时世界最大的巨型风力发电机(5 000 kW )、先进的太阳能建筑、光伏发电装置和当时世界最大的太阳能游轮(100 个座位) , 着意点播了太阳能世纪的星星之火。
2010 年恰是人类能源结构重大变革, 即能源革命的前夜。在倡导社会和环境协调可持续发展的今天, 建议2010 年上海世博会广泛展示太阳能等可再生能源的应用, 营造能源革命前夜的氛围,倡导加快开发利用绿色能源, 为子孙后代多留一点宝贵的化石能源资源, 也为保护地球的生态环境多作贡献。
1 绿色世博会的太阳能概念设计
大家都希望2010 年上海世博会是一个美丽的绿色世博会, 这是一项浩大的工程, 许多人已为此付出了巨大的努力, 取得了很好的进展。但是,没有绿色能源的绿色是不完整的绿色。人们对环境的要求已不只停留于眼前能看到多少绿茵, 而是要追求人与自然和谐、永续。太阳、空气和水不仅造就了人类和万物, 同样可以为人类提供生存和发展的需求, 我们建议将太阳能融入绿色世博会的概念设计。 #p#分页标题#e#
上海市2003 年发电装机容量为1 000 万kW , 消耗电力745. 97 亿kW •h, 其中生活用电量82. 87 亿kW •h; 按1 341. 77 万在户籍人口计, 则上海年人均发电装机容量为745W , 年人均消耗电力5 560 kW •h, 其中年人均生活用电617. 62 kW •h; 而上海每年水平面接收的太阳辐射能为4 700M jöm 2 (折合1 306 kW •höm 2, 每天3. 58 kW •höm 2) , 按目前晶体硅太阳能电池发电的光电转换效率为15% 计算(目前欧美日等发达国家已经研制出效率为20% 的晶体硅太阳电池和效率为39% 的聚光太阳电池) , 本论文由 上海论文网 www.zhonghualw.com 整理提供在标准太阳辐射度1 000W öm 2 下即可获得150W öm 2 的电力,满足人均745W 电力只需人均5 m2 的光伏发电面积。考虑到每天的人均用电量是平均太阳能标准日照时数4 höd 的2～ 5 倍, 则每人只需充分利用10～ 25 m2 的阳光, 就能满足上海人均电能耗的需要; 而人均3 m2 的太阳电池就可满足他们的日常生活用电需要。所以, 常被称为“农村能源”的太阳能必将为上海世博会作出巨大贡献。
2 世博会的太阳能博览场馆
广义的太阳能包罗了与太阳辐射能相关的风能、生物质能、空气热能、水能以及海洋能中的波浪能、温差能等。建议在上海世博会中设立“太阳能博览会”, 展示人类利用太阳能的历史, 尤其是太阳能开发利用中的高科技和新产品。
( 1) 太阳能光伏发电: 高效率太阳电池(G=20à ～ 30à )、薄膜太阳电池(G= 10à ～ 18à )、聚光太阳电池(G= 30%～ 40% ) 及其应用; 空间太阳能发电系统; 边远地区及海岛独立风ö光互补发电站、太阳能微波ö光纤中继站; 光伏水泵、太阳能充电器、太阳能交通信号灯、太阳能灯具、太阳能冰箱、太阳能钟表及玩具等。
(2) 太阳能热利用: 太阳能空调制冷; 太阳能热水器、太阳灶; 太阳能冷热管; 光热发电机组; 太阳能空气热泵及水源热泵; 太阳能干燥及太阳能海水浑水淡化等。
(3) 风能利用: 巨型风力发电机组; 陆地及近海风力发电场; 中小型风力发电机组; 微型风力机; 风力提水及风力助航等。
(4) 生物质能: 沼气; 生物质能固化、汽化、液化技术; 生物质发电; 石油树、速生能源植物等。
(5) 光化学: 光化学电池; 变频材料; 光分解ö光聚技术; 光化环保产品等。 #p#分页标题#e#
( 6) 采光技术: 自然光采光照明技术(地下室、隧道、室内) ; 分光技术在节能环保中的应用等。
(7) 太阳能制氢技术及燃料电池等。
( 8) 太阳能、风能及生物质能的专用检测分析仪器等。
3 世博会的太阳能场馆建筑
国家和上海市已经规划了5. 28 km2 世博园区(2004 年8 月30 日调整后发布) , 根据世博的传统要求进行了许多场馆的建筑规划设计, 并举办了多次国内外的专家论证。我们的建议是, 尽量多设计一些太阳能建筑一体化的场馆, 把世博会的场馆建设与“上海10 万太阳能屋顶计划”相结合, 让更多的太阳能屋顶、太阳能幕墙展现在观众的视野中, 同时可为世博场馆提供清洁的绿色能源。可以采用的技术有: 光电建筑一体化(B IPV ) ,提供电力; 光热建筑一体化(B IPT ) , 提供热水、热气和制冷; 空气热泵、水源热泵技术; 大幅采光隔热技术; 微型风力发电、风ö光互补技术等。
鉴于深圳市已经建成870 kW 光伏发电系统, 是目前中国最大的城市光伏景观工程, 北京2008 年奥运会也将建设多个50～ 150 kW 的光伏发电系统, 建议上海2010 世博会规划总量达1～10MW 的城市光伏发电系统。
4 世博会的太阳能交通
未来交通模式之一是在公路和铁路上空加盖太阳能光伏发电顶棚, 为下面行驶的电动汽车及电动火车提供动力。驾驶员只需在太阳能充电站更换蓄电池或快速充电后即可上路。另一种是采用燃料电池动力或氢能汽车。氢能也可以由太阳能光伏发电、风力发电电解水来获得。所以, 建议在世博会场馆间的交通采用太阳能电瓶汽车或氢能汽车, 其规格、型号不限, 可以设计太阳能供电的大巴、中巴、小巴、小卡及单卡。
5 世博会的太阳能景观设计
世博会的景观设计应体现世博的主题。建议将太阳能的概念充分引入世博会的景观设计。悉尼奥运会的大型聚光灯是太阳能的。现在国际上已有许多造型各异的太阳能景观设计, 如太阳花、太阳棚、太阳亭等。结合浦江两岸的地理条件, 可以考虑的太阳能景观设计有: 本论文由 上海论文网 www.zhonghualw.com 整理提供沿江两岸的太阳能长廊, 既可避雨又可发电; 各式太阳能路灯、景观灯; 各式太阳能广告牌; 各式太阳能、风能驱动的动态景观。与此同时, 建议将太阳能的概念引入至今尚未出台的上海世博会的标志性建筑设计中。 #p#分页标题#e#
6 黄浦江上的太阳能水上明珠
电动船是未来水面交通的理想工具。太阳能电动游艇、游轮是利用太阳能为动力的新品。我国早在20 世纪80 年代初就研制成“金龙一号”太阳能龙舟, 船内有12 个座位, 参加过美国的世界博览会, 之后在杭州西湖搭载过游客。现在德国汉堡建造了一条世界最大的太阳能游轮, R82 型, 2000年下水, 船内有100 个座位, 船长265 m , 宽527m , 重34 t, 最高船速15 kmöh , 无太阳时续航时间12 h, 无太阳时航程120 km。建议世博会期间在黄浦江上建造一艘世界最大的太阳能游轮。“世博1 号太阳能游轮”(暂名) 已由上海交大、上海交大泰阳公司、上海浦江游轮公司和上海林洋公司开始策划, 希望与德国汉堡市合作共建。德国KOPF公司(成功地为汉堡设计了R82 型太阳能游轮)已为“世博1 号太阳能游轮”作了形象设计, 船内有350 个座位, 分上下两个甲板, 分别容纳200 和150 个座位, 船长35 m , 宽8 m , 高7 m , 太阳电池功率14 kW。
7 世博会的太阳能便民设施
世博会场馆需要许多便民措施, 如引导观众,提供主动或自动服务等。建议在世博会场馆内外建造太阳能便民设施的内容有: 太阳能自动停车收费柜; 各种主动发光的太阳能自动引导牌、太阳能信息屏、显示屏; 太阳能电话亭、太阳能自动手机充电器或充电站; 太阳能自动饮水机(光热光电结合) ; 太阳能书报亭; 太阳能厕所; 太阳能应急电源系统; 电动自行车太阳能充电站等。
8 “上海10 万个太阳能屋顶计划”与世博会的能源结构
“上海10 万个太阳能屋顶计划”是正处于建议中的项目。太阳能辐射资源与上海相近的日本以及比上海还差的德国, 都顺利完成了“十万个太阳能屋顶计划”, 在每个家庭屋顶上安装了2～ 5kW 太阳电池, 有太阳时屋顶向电网供电, 晚上及阴雨天时电网向家庭供电, 人们可以享受上网和下网电价差的优惠。这大大推动了太阳能光伏发电的示范应用。我们希望将“上海10 万个太阳能屋顶计划”与世博会结合, 促进项目的立项和实施。
2008 年北京奥运会时, 将有30%～ 40% 的能源是绿色能源, 主要来自张家口一带的风力发电,也包括场馆内的一些太阳能建筑。2010 年上海世博会的绿色能源, 本论文由 上海论文网 www.zhonghualw.com 整理提供可以主要来自正在拟订中的“上海10 万kW 近海风力发电场”项目, 以及建议中的“上海10 万kW 生物质(及垃圾) 发电计划”和“上海10 万个太阳能屋顶计划”。世博会场馆内外的各种太阳能建筑及设施、空气热泵、风力发电等也可提供部分绿色能源。希望2010 年上海世博会的太阳能等可生能源供应量达到世博会能源消耗的50% , 使世博会场区提前进入太阳能世纪。 #p#分页标题#e#
9 《中华人民共和国可再生能源法》和上海世博会
正在全国热烈讨论中的《中华人民共和国可再生能源法》, 是全国人大环资委拟订、修改的一项重要工作。在第一稿的基础上, 已经完成在全国范围内的听证, 并已提出了第二份修改稿, 继续征求意见。这份根据中国国情, 并吸取国外发展可再生能源成功经验的《中华人民共和国可再生能源法》, 第一次把发展可再生能源替代常规能源的任务, 当作国家意志和政府行为加以推动, 使中国的能源革命将有法可依。建议上海市人大和政府考虑根据该法讨论稿的精神, 加快建立相关的适用于上海市的可再生能源法律、法规和政策, 以大力支持上海世博会的太阳能项目设计和实施。
10 结语
能否打造一个饱含绿色能源的绿色上海世博会, 能否营造出可再生能源革命前夜的氛围, 能否显露出太阳能世纪的光辉, 能否成为贯彻《中华人民共和国可再生能源法》的先锋和模范, 要依靠政府的积极推动和公众的积极参与。
中国缺“油”少“气”, 本论文由 上海论文网 www.zhonghualw.com 整理提供但中国有丰富的太阳能。中国的和平崛起, 必须要靠太阳能支撑, 中国对太阳能有巨大的需求, 因此, 中国必将成为太阳能大国和太阳能强国, 将既满足中国需求又惠及世界。致谢: 感谢上海工程院士中诸位院士, 特别是上海交通大学原校长、上海工程院士中心主任翁史烈院士、德国工商大会上海代表处玛格丽特女士, 以及上海市太阳能学会的诸位专家提出的宝贵意见。
参考文献:
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