太空超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站的設(shè)計(jì)

　　這次全球遭遇的是金融危機(jī)而并非石油危機(jī)，但以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家卻把新能源發(fā)展提升到了前所未有的高度，對(duì)新能源的投入呈現(xiàn)加速之勢(shì)。2009 年4 月初美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文在《新聞周刊》上撰文，呼吁美國(guó)“放棄石油”，“掌握自己的能源命運(yùn)”，為新能源開(kāi)發(fā)造勢(shì)。奧巴馬政府希望借助能源新政的指引極大地促進(jìn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。這不僅會(huì)創(chuàng)造一個(gè)全新的能源大產(chǎn)業(yè)，而且將增加數(shù)百萬(wàn)就業(yè)崗位，從而扭轉(zhuǎn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)下滑的局面。美國(guó)希望并且認(rèn)定未來(lái)將美國(guó)送達(dá)世界經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)就是新能源產(chǎn)業(yè)。奧巴馬在就職演說(shuō)中也透露了美國(guó)的能源新政之一就是抑制石化能源價(jià)格上漲，“不這樣做就會(huì)助長(zhǎng)了我們的敵對(duì)勢(shì)力，同時(shí)也威脅著我們的星球”。由此可見(jiàn)，誰(shuí)能在新能源戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就可以在下一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命中繼續(xù)充當(dāng)世界科技創(chuàng)新的“領(lǐng)跑者”、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的火車頭以及國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)的制定者。

　　本文僅就新能源中的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的動(dòng)向做一個(gè)預(yù)測(cè)。其一，關(guān)鍵光伏器件的價(jià)格將進(jìn)一步降低，從上世紀(jì)50 年代初的1 500 美元/W 降至1美元/W 左右（現(xiàn)行價(jià)格為4 美元/W）；其二，是將太空技術(shù)、微波技術(shù)和光伏技術(shù)結(jié)合；其三，是我國(guó)將加大新能源發(fā)展的力度，在GDP增長(zhǎng)的城市規(guī)劃中會(huì)單列一塊，即“新能源在GDP 增長(zhǎng)中的貢獻(xiàn)”，且逐步解決分布式供電網(wǎng)問(wèn)題。

1 太陽(yáng)能發(fā)電與微波輸電計(jì)劃

　　1.1 宇宙太陽(yáng)能發(fā)電

　　太陽(yáng)表面的溫度約為2伊107益，它所釋放的能量為1伊1024 kW。其中，地球有可能利用的能量為1.8伊1014 kW，若以地球表面來(lái)平均，則可利用的能量達(dá)183 W/m2（日照總量為1 400 W/m2）。

　　除上述在地表可獲取的能量外，人們還可以從空中捕獲太陽(yáng)能量，SSPS 計(jì)劃就是基于此為出發(fā)點(diǎn)的。

　　最初的設(shè)想是從1973 年到1984 年底為基礎(chǔ)研究階段，到1992 年底試制概念樣機(jī)，并開(kāi)始試制實(shí)用裝置，到1998 年給出可投入實(shí)際運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電和微波發(fā)送接收裝置。

　　作為21 世紀(jì)的新能源系統(tǒng)，核聚變發(fā)電系統(tǒng)和軟能源系統(tǒng)是有希望的。在軟能源系統(tǒng)中，宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)（SSPS）非常引人注目。

　　如果把宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行分類，大致可分為五個(gè)階段。

　　第一階段是設(shè)想時(shí)期。美國(guó)空軍雷神公司在1967 年成功地進(jìn)行了通過(guò)微波向模擬直升機(jī)提供電力的試驗(yàn)，這一試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行了10 h，成功地使直升機(jī)維持了18 m的高度。這是世界上首次進(jìn)行的電力微波傳輸試驗(yàn)。

　　第二階段是美國(guó)航天局開(kāi)始對(duì)宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行立項(xiàng)。美國(guó)航天局同能源部在從20 世紀(jì)70 年代后半期到20 世紀(jì)80 年代前半期的10年左右的時(shí)間里，正式進(jìn)行了宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究。代表這一研究成果的系統(tǒng)是1979 年研制的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是在高度為3.6伊104 km的衛(wèi)星靜止軌道上建設(shè)裝有寬5 km、長(zhǎng)10 km 的巨大太陽(yáng)能電池的太空站，并把產(chǎn)生的電力變換成微波后傳輸?shù)降孛?。?jù)說(shuō)，預(yù)計(jì)該宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力為5 GW。

　　第三階段是美國(guó)繼續(xù)研究能否實(shí)現(xiàn)比較經(jīng)濟(jì)的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的問(wèn)題，并每隔10 年做一次報(bào)告。

　　第四階段是用新概念、新思路研究宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的時(shí)期。其中，具有代表性的、高度為6 000 km 的“太陽(yáng)塔型宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)”受到好評(píng)。其傳輸微波的頻率為2.45耀3.5 GHz，這滿足了家用微波爐所需要的微波條件。

　　第五階段是概念設(shè)計(jì)時(shí)期，美國(guó)航天局根據(jù)國(guó)會(huì)的要求，在1998 年3 月耀9月，基于以前的研究成果，實(shí)施了宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)。

　　日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)、歐洲航天局和加拿大航天局也提出了應(yīng)通過(guò)國(guó)際合作盡快解決的事項(xiàng)：研究主要的核心技術(shù)；進(jìn)行大氣中的無(wú)線供電試驗(yàn)；調(diào)查微波發(fā)射對(duì)生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的長(zhǎng)期影響；通過(guò)國(guó)際空間站進(jìn)行宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)；以宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)為契機(jī)，制定旨在開(kāi)展新能源開(kāi)發(fā)的國(guó)際合作。

　　宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)計(jì)劃在今后25 年內(nèi)投入約800億美元，進(jìn)行宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)工作。根據(jù)這一計(jì)劃，擬在2010 年耀2020 年構(gòu)筑發(fā)電能力為1 GW級(jí)的實(shí)用型宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。此外，不僅進(jìn)行上述基礎(chǔ)技術(shù)和核心技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，而且將向圍繞地球運(yùn)行的軌道發(fā)射發(fā)電能力為6 GW 的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)衛(wèi)星，并通過(guò)微波從太空向地面?zhèn)鬏旊娏?，還將進(jìn)行電離層和大氣層的同傳播特性有關(guān)的試驗(yàn)性研究。

　　如果計(jì)劃進(jìn)展順利，那就等于是構(gòu)筑了比快中子增殖反應(yīng)堆和核聚變反應(yīng)堆更能迅速實(shí)用化的技術(shù)，因而值得關(guān)注。

　　1.2 SSPS計(jì)劃概述

　　若干年前就有人設(shè)想過(guò)從遙遠(yuǎn)的地方利用微波來(lái)輸電，1969 年美國(guó)雷神公司的布朗（W.C.Brown）從地面向天空發(fā)射微波，通過(guò)接收天線將接收的電能返回到一架直升飛機(jī)上，使裝有天線的直升飛機(jī)帶著接收的電功率在空中飛行，這是最早的成功的開(kāi)拓性試驗(yàn)。

　　到20世紀(jì)70年代各國(guó)相繼研制微波輸送、接收電力的試驗(yàn)。電功率一般均在2 450 MHz、10 kW左右。1974年，美國(guó)邁阿密大學(xué)發(fā)表了論文《大規(guī)模從宇宙發(fā)電與輸電計(jì)劃》，其概念裝置模型如圖1 所示，簡(jiǎn)稱SSPS（Satellite Solar Power Station）計(jì)劃，該計(jì)劃第一次把太陽(yáng)能光伏發(fā)電和微波傳輸兩種最新概念結(jié)合了起來(lái)。

　　圖1 中，重要部分之一是太陽(yáng)能光伏電池傳輸中的電池板。其占用宇宙站面積大約為6 km伊26 km，可發(fā)出8 GW（1 GW=109 W=106 kW）的功率。然后將其變?yōu)槲⒉ㄋ椭恋厍?，除去損耗，到達(dá)地面取得的功率約為5 GW。SSPS計(jì)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)各部分的成本分析如圖2 所示。首先是把太陽(yáng)能電池及微波發(fā)生器等設(shè)備送上宇宙的發(fā)射費(fèi)用占了較大份額，預(yù)計(jì)會(huì)占1/2 以上；其次是太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電的費(fèi)用也占很大比例；最后是微波發(fā)射和天線等的費(fèi)用，預(yù)計(jì)不會(huì)超過(guò)16%。

　　圖2中太陽(yáng)電池的效率為12.3%，若不考慮從太陽(yáng)光到電力的變換則發(fā)電5 GW，而太陽(yáng)電池發(fā)電功率需8.85 GW，因此計(jì)算得出系統(tǒng)綜合效率為56%。

　　1.3 送電（發(fā)射）系統(tǒng)

　　送電系統(tǒng)的好壞將影響整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的綜合效率，此系統(tǒng)包括如下四大變換：
　
　　1）太陽(yáng)光寅電功率；
　　2）直流電功率寅高頻微波電功率；
　　3）微波電功率（衛(wèi)星）寅微波電功率（地球）；
　　4）微波寅商用電力。

　　在此將對(duì)員）的太陽(yáng)能發(fā)電的敘述略去，圓）耀源）部分的概念如圖3 所示。由圖3 可知，控制電功率全部是在地球上進(jìn)行，一方面是要控制宇宙發(fā)電，另一方面還要兼顧微波發(fā)射和接收的控制。‘

　　該系統(tǒng)中技術(shù)含量最高的部件是把太陽(yáng)能光伏發(fā)電出來(lái)的電功率變換為微波。

　　研究初期，曾試用以單個(gè)超大功率的微波管作為微波發(fā)送器，所以對(duì)各種形式微波管的性能進(jìn)行了比較。最初認(rèn)為速調(diào)管比較適合用于大功率發(fā)射，但發(fā)現(xiàn)其效率低；后又改用超高頻功率放大管（CFA），但其缺點(diǎn)是價(jià)格高，散熱困難；最后采用的是多個(gè)小功率的磁控管進(jìn)行并聯(lián)的方案。

　　眾所周知，磁控管是家用微波爐最常用的微波管，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，并可通過(guò)控制相位從而改變輸出功率。最后采用磁控管與散熱天線結(jié)合構(gòu)成一個(gè)單元，以若干個(gè)單元組成微波發(fā)射陣列。

　　1.4 接收系統(tǒng)

　　接收系統(tǒng)的概念圖如圖4 所示。若在地面設(shè)置一個(gè)參考定向點(diǎn)RB（Reference Beam），由此與衛(wèi)星輸電進(jìn)行通信聯(lián)系，并控制衛(wèi)星的發(fā)射方向和強(qiáng)度。將微波發(fā)射點(diǎn)（衛(wèi)星上）的電力密度合成后，定向點(diǎn)的電力密度的寬度為1 km（用高斯表示中心部分的高斯量為23 kW/m2），故地面上定向點(diǎn)RB 周圍的電力密度可相應(yīng)為：

　　輸電（發(fā)射）定向參考點(diǎn)RB 和受電（接收）RB的電力密度分布圖如圖5 所示。在宇宙上空的發(fā)射點(diǎn)雖然密度大，但只對(duì)飛機(jī)（引起燃料箱放電）有所影響，而地面的電力密度卻很低，還不致超過(guò)美國(guó)規(guī)定的微波泄露功率允許值10 mW/cm2。當(dāng)然，發(fā)射和接收二者的配合十分重要，若空中的陣列定向點(diǎn)設(shè)置稍有不當(dāng)，則會(huì)影響輸電效率，使地面上的天線無(wú)法捕捉到全部電力，因而會(huì)使某些地面電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高而產(chǎn)生危險(xiǎn)。信號(hào)傳輸時(shí)經(jīng)圖4 的磁控管傳感器系統(tǒng)檢測(cè)后，才由指令系統(tǒng)（Command Link）對(duì)發(fā)射定向點(diǎn)進(jìn)行控制。

　　接收天線陣列布置的設(shè)想圖如圖6 和圖7所示。從遠(yuǎn)處看接收天線陣列設(shè)置好像是一組一組的屋頂，但平面部分做成網(wǎng)狀的簾棚，可以完全阻斷微波。

　　這種屋脊式構(gòu)造的目的是使微波不致穿過(guò)網(wǎng)的下方，同時(shí)也可使陽(yáng)光和雨水由網(wǎng)眼流出，這樣，網(wǎng)下方非常安全。當(dāng)然，網(wǎng)眼的大小孔需經(jīng)多次實(shí)地試驗(yàn)才能確定，最好是完全地阻斷微波射線，這樣不致對(duì)生物造成損害。如果能做到這一點(diǎn)，當(dāng)然就可以將微波接收站設(shè)置在城市近郊了。

　　1.5 SSPS計(jì)劃試驗(yàn)結(jié)果

　　宇宙發(fā)電輸電計(jì)劃（即SSPS）各個(gè)不同的部件已在地面上進(jìn)行了小功率的模擬試驗(yàn)，取得了初步的成果。考慮得最多的是成本，現(xiàn)正不斷的改進(jìn)中，以盡可能降低系統(tǒng)造價(jià)。

　　造價(jià)預(yù)算分類如下。

2 太空太陽(yáng)能發(fā)電的最新進(jìn)展

　　2.1 美國(guó)私營(yíng)太陽(yáng)能公司介入太空太陽(yáng)能電站

　　20 世紀(jì)60 年代由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和五角大樓制定的SSPS 計(jì)劃，因?yàn)橘M(fèi)用昂貴而進(jìn)展較慢。源園年后的今天，許多私營(yíng)太陽(yáng)能公司紛紛介入此項(xiàng)研究。例如：美國(guó)太平洋煤氣電力公司（PCE）已經(jīng)于近期宣布，將與一個(gè)宣稱可在太空中有效攝取能量的加州太陽(yáng)能公司（SolarEnCorp）合作并向其購(gòu)買(mǎi)電力。由此，他們邁出了在外太空開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的第一步———在環(huán)繞地球的太空軌道上設(shè)立太陽(yáng)能電池板，然后將直流電能轉(zhuǎn)化為無(wú)線電波傳送回地球，再由地面的電力儲(chǔ)備站接收，轉(zhuǎn)化為低頻交流電能后供應(yīng)給千家萬(wàn)戶。

　　這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃在2016 年前提供200 MW 的電力，在15 年內(nèi)滿足25萬(wàn)個(gè)家庭的用電。如果進(jìn)展順利，苑年內(nèi)可夢(mèng)想成真。

　　很明顯，這些私營(yíng)公司的計(jì)劃和源園年前的構(gòu)想極為相似，先要把載有光伏電池板的衛(wèi)星發(fā)射到距赤道22 000英里（約35 400 km）的軌道上，并保持與地球位置相對(duì)不變。太陽(yáng)能板寬度將達(dá)若干km，系統(tǒng)在采集太陽(yáng)能后將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽缓笤俎D(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線電波返回到地球上。地面的接收站準(zhǔn)備建在美國(guó)加州費(fèi)雷斯諾市的郊外。
據(jù)太平洋煤氣電力公司粗略估計(jì)，該項(xiàng)目需要花費(fèi)約20 億美元，主要用于地球太陽(yáng)能基地建設(shè)和發(fā)射衛(wèi)星。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校能源和資源教授丹尼爾·卡門(mén)認(rèn)為，眼下太空太陽(yáng)能發(fā)電面臨最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是實(shí)施的成本問(wèn)題，尤其在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)衰退之際。這個(gè)計(jì)劃需要幾十億美元的資金投入，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前同等規(guī)模其他可再生能源項(xiàng)目所需的1 億耀2億美元。

　　但SolarEn 公司執(zhí)行總裁加里對(duì)完成該項(xiàng)目信心十足，他表示公司有能力提供12 億耀48 億瓦的電力，能夠在未來(lái)七年內(nèi)實(shí)現(xiàn)供電商業(yè)化，太空太陽(yáng)能的電力價(jià)格也能與其他可再生能源價(jià)格基本持平。

　　2.2 日本的太空太陽(yáng)能市場(chǎng)

　　無(wú)獨(dú)有偶，日本航空宇宙開(kāi)發(fā)中心（JAXA）也在研究類似的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)（SSPS），有望于2030年前啟動(dòng)。其基本原理和美國(guó)類似，但日本科學(xué)家采用頻率為2.45 GHz 和5.8 GHz微波傳送，這項(xiàng)技術(shù)在日本已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備。在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑2.4 m的儀器裝置進(jìn)行了地面接收太空微波的實(shí)驗(yàn)。JAXA 的最終目標(biāo)是要建立一個(gè)約猿平方公里的地面接收站，生產(chǎn)100 萬(wàn)kW 的電力，給50 萬(wàn)個(gè)家庭供電。

　　但是，太空太陽(yáng)能發(fā)電也并非完美，高強(qiáng)度的輻射很可能帶來(lái)另一個(gè)環(huán)境污染問(wèn)題。但是支持者認(rèn)為，只要地面太陽(yáng)能接收站的面積足夠大，就不會(huì)對(duì)人類及動(dòng)植物構(gòu)成傷害。因此地面接收站應(yīng)該選人煙稀少、地域廣闊的地方，而且還要配套有效的電力傳輸系統(tǒng)。

　　雖然現(xiàn)在看來(lái)這些構(gòu)想似乎有些不切合實(shí)際，但無(wú)論是美國(guó)還是日本，哪個(gè)項(xiàng)目的成功，都意味著人類在可再生能源領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大突破。

3 日本巖木市以太陽(yáng)能發(fā)電為中心的10年（1999—2010 年）新能源規(guī)劃

　　巖木市是日本使用大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)展新能源的領(lǐng)先城市之一。在啟用太陽(yáng)能發(fā)電方面該市具有地理優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槟耆照諘r(shí)間高達(dá)2 100 h，超過(guò)東京等地。

　　3.1 10年計(jì)劃的總目標(biāo)

　　10年計(jì)劃的目標(biāo)是新裝太陽(yáng)能發(fā)電21 000 kW（21 MW），此外還有風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能熱利用、廢棄物燃燒發(fā)電、汽輪機(jī)的廢熱供熱等。折算為原油發(fā)電可節(jié)約82 195 kL/g。CO2減排量為31 130 t/g。提出的兩個(gè)口號(hào)是“清潔能源循環(huán)利用的城市”、“21 世紀(jì)新型都市———巖木市”。

3.2 前期工作

　　根據(jù)員怨怨苑年日本交通省的新能源規(guī)劃已將巖木市作為試點(diǎn)，具體是在學(xué)校、公園、道路、公共場(chǎng)所等引入太陽(yáng)能發(fā)電裝置約300 kW，并形成新能源管理網(wǎng)絡(luò)。該設(shè)計(jì)已在1997—圓園園源年期間實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的概要圖如圖8 所示。圖中，每一設(shè)施均應(yīng)用太陽(yáng)能電池板供電，系統(tǒng)之間用直流300 V母線連接，并經(jīng)逆變器變換為交流200 V。交流電經(jīng)升壓變壓器升至6 600 V，以構(gòu)成交流供電網(wǎng)絡(luò)。交流網(wǎng)絡(luò)一方面可與市電電網(wǎng)聯(lián)系進(jìn)行能量的雙向流動(dòng)；另一方面將信號(hào)送至PV 管理中心，進(jìn)行電力的集中管理、分配、信息儲(chǔ)存，以便系統(tǒng)安全、連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)市電停電時(shí)，可由預(yù)先儲(chǔ)備的300 A·h蓄電池組供電，大約可以維持一天的基本用電。因此，該系統(tǒng)同時(shí)具備了城市防災(zāi)功能。

　　上述工程費(fèi)用概算為8 億圓000 萬(wàn)日元（折算人民幣為5 億元），由國(guó)家、市政府、地區(qū)開(kāi)發(fā)振興公司三方各負(fù)擔(dān)1/3。

　　3.3 新能源概要

　　根據(jù)10 年計(jì)劃走資源循環(huán)的路，建立全新的巖木市的總目標(biāo)，具體的實(shí)施和階段分解如下。

　　3.3.1 制定政策的背景

　　1）世界性的能源緊缺能源消耗逐年增大；對(duì)石油依賴過(guò)高；節(jié)省能源意識(shí)淡薄。

　　2）依靠新能源解決問(wèn)題太陽(yáng)能發(fā)電；太陽(yáng)能熱利用；風(fēng)力發(fā)電；廢棄物燃燒發(fā)電；利用汽輪機(jī)產(chǎn)生的廢熱來(lái)供熱。

　　3）建立能源循環(huán)式都市的設(shè)想解決地球環(huán)保問(wèn)題，環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)；抗災(zāi)能力增強(qiáng)；未來(lái)成為能源供給長(zhǎng)期穩(wěn)定的城市。

　　3.3.2 各種新能源經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

　　1）從節(jié)能減排效果相比較太陽(yáng)能發(fā)電寅風(fēng)力發(fā)電寅電動(dòng)汽車寅太陽(yáng)能熱利用寅廢棄物發(fā)電。

　　2）從投資大小相比太陽(yáng)能熱利用寅廢棄物發(fā)電寅電動(dòng)汽車寅太陽(yáng)能發(fā)電。

　　3）從能源獲取開(kāi)采量相比較太陽(yáng)能熱利用寅太陽(yáng)能發(fā)電寅風(fēng)力發(fā)電寅廢棄物發(fā)電。

　　4）綜合評(píng)價(jià)太陽(yáng)能發(fā)電寅太陽(yáng)能熱利用寅電動(dòng)汽車寅廢棄物發(fā)電寅風(fēng)力發(fā)電。

　　3.3.3 節(jié)能減排指標(biāo)

　　1）新能源發(fā)展新增功率和機(jī)臺(tái)數(shù)太陽(yáng)能發(fā)電21 000 kW；太陽(yáng)能熱利用15 100 kt；風(fēng)力發(fā)電3 500 kW；廢棄物熱利用760 kt；清潔能源或電動(dòng)汽車12 300 臺(tái)；汽輪機(jī)廢氣供熱24 690 kW。

　　2）CO2減排量太陽(yáng)能發(fā)電3 820 t；太陽(yáng)能熱利用10 910 t；風(fēng)力發(fā)電280 t；廢棄物發(fā)電及熱利用5 430 t；電動(dòng)汽車36 000 t；汽輪機(jī)廢氣供熱7 090 t；合計(jì)31 130 t。

　　3）節(jié)省原油（折算后） 太陽(yáng)能發(fā)電5 285 kL；

　　太陽(yáng)能熱利用15 100 kL；風(fēng)力發(fā)電380 kL；廢棄物發(fā)電及熱利用7 510 kL；汽輪機(jī)廢氣供熱43 690 kL；合計(jì)之后為82 195 kL；占原油總消耗量的19.2%。

　　3.3.4 全市多部門(mén)分工

　　1）政府、行政部門(mén)形象工程和示范工程展示，提供信息、提供后援。開(kāi)發(fā)順序?yàn)樘?yáng)能發(fā)電寅熱利用寅風(fēng)力發(fā)電寅廢棄物處理寅電動(dòng)（或清潔能源）汽車等。

　　2）市民主要是在各自住宅安裝太陽(yáng)能發(fā)電裝置和太陽(yáng)能熱水器，使用清潔能源（如天然氣）或電動(dòng)汽車等。

　　3）企業(yè)太陽(yáng)能發(fā)電和電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)；提供各種節(jié)能技術(shù)、信息；開(kāi)辦向市民普及“新能源技術(shù)”的各種培訓(xùn)班。

　　3.4 前期工作節(jié)能效果

　　巖木市1997 年已建立300 kW太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，現(xiàn)將節(jié)能效果綜述如下：

　　1）年發(fā)電量29 萬(wàn)5 800 kW·h（約80 戶家庭的年用電量）；
　　2）CO2減排折算量56 t；
　　3）節(jié)省原油（核算）苑2 000 t。

　　按發(fā)展計(jì)劃，2004 年起計(jì)劃增加560 kW 的太陽(yáng)能發(fā)電裝置和350 kW的風(fēng)力發(fā)電裝置。

　　形象化的展示該市的PV管理中心于2001 年12 月員員日和員圓日開(kāi)通，如圖9 所示，顯示了2001 年員圓月員圓日日照強(qiáng)度和每日緣：00耀19：00的不同發(fā)電量。

4 對(duì)我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展的一些設(shè)想

　　在國(guó)際上，發(fā)達(dá)國(guó)家（如美、日、德）為促進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展一般有兩種途徑：一是給私人用戶購(gòu)置新能源裝置（部件），給予一定金額補(bǔ)助，例如日本補(bǔ)助50%；二是私人設(shè)置的太陽(yáng)能發(fā)電站可以把富余的電力送入國(guó)家電網(wǎng)，俗稱“賣(mài)電”，但需辦理一定的申請(qǐng)手續(xù)，如訂合同書(shū)，由電力公司安裝“逆潮流供電”電表，檢驗(yàn)太陽(yáng)能發(fā)電裝置技術(shù)上是否符合上網(wǎng)條件等。如果裝置容量足夠大，業(yè)主可從賣(mài)電中得到相當(dāng)?shù)睦妗?/p>

　　我國(guó)至今對(duì)新能源發(fā)展未制定優(yōu)惠政策，但從2009 年開(kāi)始“節(jié)能”、“減排”呼聲很高，有關(guān)部門(mén)已開(kāi)始論證此問(wèn)題。有關(guān)專家認(rèn)為，可以從將大電網(wǎng)集中供電改為分布式供電入手。

　　在現(xiàn)代社會(huì)中，用戶不滿足于傳統(tǒng)的供電方式，對(duì)供電的可靠性和穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高。以新能源為主的分布式電源，由于可以設(shè)置在用戶附近，又可以作為中、小規(guī)模工廠的自備電源，正在世界范圍內(nèi)迅速普及。在這種新的形勢(shì)下，為實(shí)現(xiàn)高供電可靠性、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廉價(jià)電能，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的影響，有必要構(gòu)建符合時(shí)代要求的分布式發(fā)電系統(tǒng)。在我國(guó)能源供需矛盾增加、環(huán)保壓力增大的情況下，分布式發(fā)電有著良好的發(fā)展前景。

　　分布式發(fā)電所利用的新能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐、波浪和地?zé)岬茸匀荒茉础７植际桨l(fā)電有個(gè)概念叫作“自己發(fā)，自己用”，減少發(fā)電上網(wǎng)比例，會(huì)有效緩解阻礙能源發(fā)展的上網(wǎng)瓶頸問(wèn)題。另外，分布式發(fā)電還能為推廣新能源開(kāi)拓全新途徑。

　　因?yàn)椴徽擄L(fēng)電、太陽(yáng)能還是其他發(fā)電形式，都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是能源密度低、發(fā)電設(shè)備占地面積大。而分布式發(fā)電利用了每家每戶的屋頂和其他地方，使其成為一個(gè)個(gè)小的電源點(diǎn)，正好解決了新能源密度低、占地面積大的問(wèn)題。

　　目前，我國(guó)發(fā)展分布式發(fā)電有三大問(wèn)題需要解決。

　　一是對(duì)開(kāi)展分布式發(fā)電的意義認(rèn)識(shí)不足。由于分布式發(fā)電在國(guó)外剛開(kāi)始普及，所以我國(guó)的許多科技人員都不熟悉分布式發(fā)電的基本概念，更提不上積極去推動(dòng)該項(xiàng)工作?；谏鲜鲈?，首先需要普及分布式發(fā)電的概念，做法和意義，讓相關(guān)人員了解什么是分布式發(fā)電，以及分布式發(fā)電在提高電力系統(tǒng)的可靠性、節(jié)能和環(huán)保中的作用。

　　二是缺少相應(yīng)的法律和法規(guī)。分布式發(fā)電系統(tǒng)的建立，需要解決電力系統(tǒng)對(duì)分布式發(fā)電設(shè)備的準(zhǔn)入問(wèn)題。應(yīng)制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，更需建立相關(guān)的法律和法規(guī)，這些目前為系統(tǒng)中某些電力企業(yè)的利益所制約。此外，要制定考慮各方利益的分布式發(fā)電電能的上網(wǎng)電價(jià)。對(duì)于相關(guān)的投資、回報(bào)等也都要制定相關(guān)的法規(guī)。

　　三是缺少前期研究。傳統(tǒng)的輸電方式中，潮流基本穩(wěn)定，而分布式發(fā)電則會(huì)發(fā)生潮流的頻繁改變，因而分布式電力系統(tǒng)的保護(hù)和控制要滿足相應(yīng)的要求。國(guó)外雖然已有許多相關(guān)研究和設(shè)備的開(kāi)發(fā)，但在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的同時(shí)，還需要開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的分布式發(fā)電技術(shù)和設(shè)備。

　　電力電子和變頻技術(shù)工作者在新能源發(fā)展過(guò)程中要作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。以最熱門(mén)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電來(lái)說(shuō)，最重要的主角自然是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池的研制。但控制器也是排第二位的不可缺的重要部件。這正是電力電子技術(shù)人員大顯身手發(fā)揮作用的機(jī)會(huì)，例如太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)際上是一臺(tái)變頻器（含上網(wǎng)、能量雙向流動(dòng)以及多種保護(hù)，例如“孤島效應(yīng)”防止等）。一個(gè)變頻器廠轉(zhuǎn)產(chǎn)該類產(chǎn)品并非難事，但需要重新開(kāi)廠，重新研制，不是簡(jiǎn)單的在電路板和軟件上改動(dòng)一下即可，起碼它是雙PWM系統(tǒng)。如日本富士、日立都在十多年前就有系列化產(chǎn)品。我國(guó)目前一些重要的太陽(yáng)能光伏形象工程多是進(jìn)口日、美、德定型產(chǎn)品。因此，“太陽(yáng)能光伏控制器廠（或公司）”，應(yīng)當(dāng)可以掛牌亮相了。不僅有利于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，還可擴(kuò)大就業(yè)機(jī)會(huì)。一舉兩得，何樂(lè)而不為。
　
5 結(jié)語(yǔ)

　　本文節(jié)選自筆者最新出版的《太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用中》一書(shū)，供電力電子技術(shù)行業(yè)同行參考，并請(qǐng)給予指正。