【正文】 代需要約 500 到1000 畝地的生存空間。如果超過 1000 人，就需要約 300 到 600 平方公里的土地。此外，人口的總量也非常小。 在農(nóng)耕時(shí)代，人類文明是在植物能源基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。植物能源利用量與利用效率，比動(dòng)物能源時(shí)代的能源量與利用效率大為提高，約為 10 到 100 倍。人口數(shù)量擴(kuò)展了 10 倍以上，大型的群聚性社會(huì)得以形成。 在現(xiàn)代 的大工業(yè)時(shí)代 ，人類文明是在化石能源基礎(chǔ)上得以發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，人口數(shù)量普遍增長一倍以上。與之相伴的是科學(xué)、教育的飛速發(fā)展，同時(shí)人類的需求得到充分滿足。人類社會(huì)幾乎達(dá)到理想境界。人類面臨的環(huán)境形式日趨嚴(yán)峻。 大家都知道，從能源的形成速度和消耗速度的關(guān)系來看，化石能源的能量密度較大，形成速度也較慢， 石油、天然氣大約是一億年前的植物化石在地殼運(yùn)動(dòng)是高溫高壓下形成的； 煤炭的形成也要上百萬年。 根據(jù)本文開篇所列舉的數(shù)據(jù)，在未來短短數(shù)十年頂多上百年的時(shí)間里，這些化石能源的探明儲(chǔ)量將被我 們消耗殆盡。 另一方面，因?yàn)榛茉粗袃?chǔ)存和釋放能量的載體都是碳?xì)浠衔?。目前已?jīng)證明，過多的二氧化碳是當(dāng)前地球環(huán)境出現(xiàn)溫室效應(yīng)的主要原因。 前一段時(shí)間，媒體爆出，位于南太平洋上的島國圖瓦盧已經(jīng)開始被海水淹沒。 如果這種趨勢(shì)不能被有效遏止，那過不了多久我國的諸多沿海城市包括廈門，上海，也要沉沒在汪洋之中。 為了明天， 全球經(jīng)濟(jì)必須做出重大調(diào)整，人類社會(huì)必須向后化石能源時(shí)代邁進(jìn)。因?yàn)榈侥壳盀橹?，我們沒有一個(gè)人敢肯定判斷未來人類社會(huì)主要依賴的能源是何種形式，是核能，還是太陽能，還是像農(nóng)耕時(shí)代一樣利用植物能源。因此，當(dāng)今人類處在一個(gè)新的大時(shí)代來臨的前夜。早則我們自己，晚則兒子、孫子這一代，就將面臨這樣一種抉擇。這就是將未來稱為“后”化石能源時(shí)代的原因。第二，最保守的條件，即可控核聚變不可能實(shí)現(xiàn)或者相當(dāng)長的時(shí)間難以實(shí)現(xiàn)，太陽能只能有限地被利用，在此條件下，人類 社會(huì)應(yīng)當(dāng)采取什么樣的能源形式、怎樣的人類發(fā)展模式。今天的人類社會(huì)可以說是處在現(xiàn)代文明與未來文明之間的過渡期，即化石能源時(shí)代向后化石能源時(shí)代的發(fā)展過渡期。 有目的地形成一個(gè)良好的過渡期，對(duì)人類應(yīng)對(duì)后化石能源時(shí)代的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)是非常必要的。 日前美國埃克森美孚公司在 其年度能源展望報(bào)告中稱，未來 25 年全球能源消耗將上升 60％。斯皮林司稱，石油消耗年增長率為 ％，天然氣為 ％。他認(rèn)為絕大多數(shù)增長發(fā)生在發(fā)展中國家。為了滿足原油供給量，到 2030 年 opec 組織將每天多生產(chǎn) 4700 萬桶原油，比現(xiàn)在增加 40％。 地球所剩 原油粗略估算為 萬億桶，包括非傳統(tǒng)性原油，可以支持能源需求。 北美天然氣需求年增長率為 ％，每天為 900 億立方英尺。液化天然氣進(jìn)口情況多樣。 具體談到我國的能源利用形式，更是 危 弱累卵， 刻不容緩 。 一、能源供求差距大 建國初期，中國的能源生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施落后，能源嚴(yán)重短缺，政府花費(fèi)較大精力來擴(kuò)大能源生產(chǎn)能力、增加能源供給量，很快就保證了能源的供給，滿足了生產(chǎn)和生活中基本的能源需求。能源消費(fèi)總量中， Page 8 of 48 終端能耗一直占據(jù)較高比重，保持在 95％左右。大量進(jìn)口石油不僅受制于有限的外匯儲(chǔ)備，而且存在著經(jīng)濟(jì)的安全隱患。 二、人均能源可采儲(chǔ)量低 中國的能源資源儲(chǔ)量雖然比較豐富，但能源富礦資源少、勘探程度低、開發(fā)利用難度大；能源資源分布與經(jīng)濟(jì)布局不相匹配， 80％的能源資源分布 在西北部 地區(qū)，而 60％的能源消費(fèi)卻集中在東南部地區(qū)，這給能源運(yùn)輸造成很大的壓力；再加上人口眾多，實(shí)際上人均可利用的能源儲(chǔ)量非常低。截至 20xx 年底，中國的煤炭資源量約為 10202 億 t，已探明可直接利用的煤炭儲(chǔ)量為 1886 億 t，預(yù)計(jì)可保障 100 年左右的開采，而世界 7個(gè)煤炭大國中 (美國、中國、澳大利亞、印度，德國、南非、波蘭 )，其余 6個(gè)國家的儲(chǔ)采比均達(dá)到 210 年以上，遠(yuǎn)超過中國 r83]。因此，中國的常規(guī)能源并不豐富，潛在的能源危機(jī)隨時(shí)可能爆發(fā)。 從能源消耗角度看，我國的現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展較晚，各種能源利用技術(shù) 水平 比較低，而且 目前 我 國正處在快速工業(yè)化和城市化重要發(fā)展時(shí)期 ， 各種產(chǎn)業(yè)正在從粗放型經(jīng)營向集約型經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變， 社會(huì)總體的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模正在快速增長，總體能耗仍將飛速膨脹 。 長期以來煤炭一直占據(jù)我國能源消耗 80%以上的份額，雖然近期隨著石油、天然氣及各種新興能源利用的增長，以及傳統(tǒng)火力發(fā) 電廠和燃煤區(qū)域鍋爐房等煤炭消耗大戶的節(jié)能改造工作的推進(jìn)，國內(nèi)燃煤消耗有所降低， 但是煤炭所占社會(huì)能耗總比例仍有 70%左右。 因?yàn)樵谒谢茉粗?，煤炭燃燒所產(chǎn)生的二氧化硫、二氧化碳等污染物是最多的。 中國要想擺脫工業(yè)發(fā)展過程中的嚴(yán)重污染，必須限制煤炭的使用，盡管中國的煤炭儲(chǔ)藏量仍很豐富。石油和天 然氣就成為我國目前能源供應(yīng)的生力軍。 隨著我國今年汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，石油產(chǎn)品的需求仍將快速增長。 從 20xx 年下半年起，國際原油價(jià)格進(jìn)入了史無前例的快速上漲期，在 20xx 年第一個(gè)交易日，紐約市場(chǎng)油價(jià)歷史性地突破每桶 100 美元大關(guān)。受多種因素影響，國際市場(chǎng)油價(jià)在上半年節(jié)節(jié)攀升，并在 7月 11日創(chuàng)下每桶 美元的歷史最高紀(jì)錄；在 下半年迅速跌落，并在 12 月 5日跌破每桶 41 美元，創(chuàng) 4年來最低水平。 看看國內(nèi)， 我國的原油進(jìn)口對(duì)外依存度在20xx 年就達(dá)到了 41%，每年還以一定的速度在增加，而國內(nèi)的石油生產(chǎn)的增幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于消費(fèi)的增長。即使不 Page 10 of 48 能完全替代，我們也必須尋求其它渠道來分散即將 面臨的石油供應(yīng)危機(jī)。 天然氣是埋藏 在地下的古生物經(jīng)過億萬年的高溫和高壓等作用而形成的可燃?xì)怏w。天然氣是較為安全的燃?xì)庵?，它不含一氧化碳，也比空氣輕，一旦泄漏，立即會(huì)向上擴(kuò)散，不易積聚形成爆炸性氣體，安全性較高。從表中我們可以清楚的了解到當(dāng)前世界上天然氣的利用形式。 隨著中國長期高速的經(jīng)濟(jì)增長對(duì)能源的需求，老百姓對(duì)生活的質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境的要求也日益提升。中國燃?xì)庠谖鳉鈻|輸和川氣東送沿線的十幾個(gè)省份先后成立了四十六家擁有天然氣專營權(quán)的合資公司，投資超過 50 個(gè)天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目，而這一數(shù)字將隨中國燃?xì)馐袌?chǎng)的迅猛擴(kuò)張而不斷遞增。 20xx 年繼續(xù)高速增長，達(dá)到 億 M3，較上年增長 %。 20xx 年，中國天然氣產(chǎn)量約為 億 M3(其中包括地方產(chǎn)量 億 M3)。 20xx 年，中國天然氣的生產(chǎn)和消費(fèi)量已經(jīng)達(dá)到 693 億立方米，這種快速增長的趨勢(shì)仍將繼續(xù)。 可見，天然氣在社會(huì)綜合能耗中所支持的比例仍舊很低，一旦天然氣成為我國的一項(xiàng)主導(dǎo)化石能源后，我國現(xiàn)有儲(chǔ)量只能維持 20 年 左右的消費(fèi)供應(yīng)。 綜合來說，天然氣 也 只是一種過渡性的能源解決方式，在更長遠(yuǎn)的未來，無論是我國的國民經(jīng)濟(jì)還是全球的能源消費(fèi)都不能僅僅依靠這些傳統(tǒng)的化石能源。這其中，太陽能利用技術(shù)是最有希望的。根據(jù)用戶對(duì)熱能品位要求的不同大概分成太陽能高溫?zé)崂?、中溫?zé)崂煤偷蜏責(zé)崂萌齻€(gè)層面。 該 技術(shù) 主要針對(duì)太陽能高溫?zé)岚l(fā)電， 太陽能生物質(zhì)制氫、海水淡化、太陽能高溫裂解制取清潔或替代燃料等 應(yīng)用領(lǐng)域 。從汽輪機(jī)出來的蒸汽，其壓力和溫度均已大為降低，經(jīng)過冷凝器冷凝結(jié)成液體后，被重新泵回?zé)峤粨Q器，又開始新的循環(huán)。 為了 提高太陽能集熱效率，并 達(dá)到集熱熱源的高工作溫度，整體系統(tǒng)必須包括集熱組件和反射聚焦組件 ，聚焦組件多為球面 或多碟式 點(diǎn)聚焦的結(jié)構(gòu)形式 。 太陽能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù) 在學(xué)術(shù)界 被認(rèn)為是除風(fēng)力發(fā)電之外最有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭力的可再生能源發(fā)電技術(shù)。太陽能高溫吸熱蓄熱技術(shù)是太陽能高溫?zé)岚l(fā)電的關(guān)鍵 技術(shù)、它涉及高寬熱流密度下的傳導(dǎo)對(duì)流輻射耦合計(jì)算、高溫傳熱、強(qiáng)化傳熱等諸多學(xué)術(shù)難題。 . 但是太陽能高溫集熱 蓄熱 技術(shù) 大多 針對(duì) 國家 級(jí)別的大型項(xiàng)目， 比較小的太陽能熱發(fā)電站也要幾兆瓦 到幾十兆瓦 ，占地面積 數(shù) 平方公里。技術(shù)開發(fā)成本高，市場(chǎng)應(yīng)用面也比較窄 ，當(dāng)前的市場(chǎng) 氛圍 也不濃厚 。 當(dāng)然對(duì)于基礎(chǔ)雄厚的企 業(yè)，如國內(nèi)的皇明碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) Solar dish thermal power system 塔式 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) Solar tower thermal power system Page 13 of 48 則將太陽能高溫集熱技術(shù)作為企業(yè)的中遠(yuǎn)期戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。 該技術(shù)主要針對(duì)工業(yè)用蒸汽，吸收式制冷 ， 建筑供暖， 高溫干燥等領(lǐng)域。反射聚焦組件多為槽式線聚焦結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備 一維 徑向跟蹤功能，也有可二維跟蹤的技術(shù)。這主要的問題就是高溫集熱器要占用大量開闊空間，產(chǎn)品的建筑一體化問題沒有得到很好的解決。 中溫太陽能集熱技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將徹底改變現(xiàn)有建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)的面貌。 太陽能低 溫利用技術(shù)則只要求集熱器空曬溫度可以達(dá)到 120℃， 正常工作溫度在50～ 80℃ 。 太 陽能低溫?zé)崂眉夹g(shù)基本只考慮系統(tǒng)能量收益總量，不考慮熱源要達(dá)到某 個(gè)工作溫度，因此基本不設(shè)反射聚焦組件。但正是因?yàn)橄到y(tǒng)減少了反射聚焦環(huán)節(jié)，系統(tǒng)也減少了 一個(gè)熱損環(huán)節(jié) ，同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)工作溫度低，集熱效率較高，所以低溫?zé)崂眉夹g(shù)單位集熱面積的能量收益是最大的 。 太陽能 熱水 產(chǎn)品 市場(chǎng)正處于購銷兩旺的時(shí)期，這方面在全世界范圍內(nèi)也是 占主導(dǎo)地位 的。因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)不同，其保溫性能有一定差異，因此它們的集熱效率也明顯不同。最早的桑普平板集熱器的用戶已經(jīng)使用超過 15 年了，而 且仍然效果不錯(cuò)。 平板集熱器在氣溫比較高的條件下，集熱效率好一些，但隨著環(huán)境溫度的下降，其集熱效率衰減的最大。 全玻璃真空管就類似于一個(gè)拉長的暖水瓶，是雙層玻璃結(jié)構(gòu)。全玻璃真空管結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝非常成熟，所以國內(nèi)廠家很多，產(chǎn)品質(zhì)量差別不大。另外，由于全玻璃真空管和水箱之間是靠橡膠圈密封的，所以只能做成普通的落差式熱水器，無法制造高級(jí)的承壓型熱水器。金屬真空管是靠金屬吸熱片直接接受太陽輻射并轉(zhuǎn)化為熱能，桑普的熱管式真空管、直流式真空管、儲(chǔ)熱式真空管都是金屬真空管。直流式和儲(chǔ)熱式以出口為主，但國內(nèi)已經(jīng)有越來越多的別墅用戶采用直流式真空管做分體承壓系統(tǒng)了。其一是如何提高產(chǎn)品的 太陽能吸收率 ， 增大 集熱組件 的熱能收益 ，這方面的技術(shù)開發(fā)主要是圍繞著集熱器吸熱體表面的選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)和組成來展開的 ，平板型集熱器 的吸熱翅片上常用的選擇性吸收涂層是鍍黑鉻，全玻璃真空管內(nèi)管的集熱面上的常用選擇性吸收涂層是鋁 氮 鋁磁控濺射涂層 ；其二是 保證集熱產(chǎn)品很好的絕熱保溫性能，減小集熱過程中的熱損失 ，這方面的技術(shù)開發(fā)主要是圍繞著提高產(chǎn)品保溫性能及構(gòu)造產(chǎn)品中的真空絕熱腔來展開的 ，從實(shí)際使用情況看真空管的保溫絕熱效果要明顯好于平板集熱器的保溫背板的效果 ；其三是增設(shè)反射聚焦組件，保持集熱組件可以獲得充足的太陽輻照度 ，如前所述，對(duì)于中溫和高溫太陽能集熱技術(shù)，反光聚焦組件都是必不可少的 ，低溫集熱產(chǎn)品與反射聚焦組件的結(jié)合仍是個(gè)待開發(fā)的問題 。太陽能真空集熱管之所以在國內(nèi)得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可并逐漸替代平板型集熱器，就是因?yàn)檎婵展艿恼婵战Y(jié)構(gòu)大大降低了集熱元件的熱損失 ，這一點(diǎn)是平板型集熱器無法比擬的。 新一代的熱管式真空集熱管在 原有真空管優(yōu)良的保溫性能的基礎(chǔ)上提高了內(nèi)部集熱組件的傳熱效率，整體集熱管的集熱效率有進(jìn)一步的明顯提高。 可見如果要進(jìn)行太陽能光熱產(chǎn)品的開發(fā)，上述 前 兩個(gè)重要環(huán)節(jié)將是最有價(jià)值的著眼點(diǎn)。其特點(diǎn)是盡量保證系統(tǒng)熱能收益的總量，而最終的熱能溫度并沒有太高要求，畢竟對(duì)于常用常新的熱水系統(tǒng)，每天的起始工作溫度（即補(bǔ)水的溫度）只有 10℃左右。 但是，當(dāng)我們談到太陽能光熱產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向，針對(duì)下一 個(gè)更大的目標(biāo)市場(chǎng) —— 建筑節(jié)能 的時(shí)候 。因?yàn)闊o論對(duì)于建筑供暖還是夏季的吸收式制冷，太陽能熱源 總要保持一定 的 工作溫度 ，散熱器供暖系統(tǒng)的供回水溫度為 80℃ /60℃，即使是低溫輻射供暖也要求供暖溫度在 50℃左右，對(duì)于吸收式制冷系統(tǒng)，發(fā)生器的熱源工作溫度就更高了，至少要到 90℃ 。 要想進(jìn)一步提高太陽能系統(tǒng)的集熱溫度，就必須考慮上述第三個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，增設(shè)反光聚焦組件，向中溫集熱技術(shù)發(fā)展。當(dāng)然這自然要耗費(fèi)更多的成本 ，但是這樣的集熱系統(tǒng)在提高熱源 溫度的同時(shí)，也降低了系統(tǒng)整體的采光 集熱面積，這會(huì)造成能量收益總量的流失 。 尤其是針對(duì)未來的建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)，無論是建筑供暖還是空調(diào) ，沒有熱能總量 收益 的保證 ，節(jié)能效果根本無從體現(xiàn)。對(duì)于當(dāng)前具有廣闊市場(chǎng)的低密度建筑供暖問題，太 陽能集熱系統(tǒng)的可靠性就取決于，系統(tǒng)產(chǎn)品是否能夠依靠有限 Page 16 of 48 的集熱采光面，在保證建筑供暖工作溫度的同時(shí)盡可能多的吸收利用太陽能，以體現(xiàn)其節(jié)能減排的效果。它逐漸成為人類文明的最重要組成部分。建筑作為人類文明最重要的產(chǎn)物，耗費(fèi)了地球約 50%的資源，建筑業(yè)已成為最不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。 結(jié)合二十一世紀(jì)，全球共同面臨的能源危機(jī)和日趨嚴(yán)重的污染問題， 建筑能耗 的 過渡膨脹和由此造成的 巨大 浪費(fèi)已經(jīng)成為我們不能再回避的重大 問題 。 推動(dòng)建筑向節(jié)能、綠色、智能化方向發(fā)展，將是國際建筑界實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念的大趨勢(shì)，也是中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)面臨的重要任務(wù)。我國建筑可分為 工業(yè)建筑 、農(nóng)村 居住建筑 和城鎮(zhèn) 民用建筑 三大類。 當(dāng)前 ， 我國建筑總能耗約占社會(huì)終端能耗的 ％。因此，降低建筑能耗是節(jié)能工作中最重要的任務(wù)之一。 a、 北方城鎮(zhèn)供暖能耗 我國北方城鎮(zhèn) 供 暖能耗占全國建筑總能 耗的 36%，為建筑能源消耗的最大組成部分。 供暖 能耗高的原因主要