建議在中國(guó)的廣大農(nóng)村、邊遠(yuǎn)地區(qū)、中小城鎮(zhèn)，建立以“太陽(yáng)能+風(fēng)能+小水電+生物質(zhì)能+小型抽水儲(chǔ)能電站+中小型儲(chǔ)能兼中小型電動(dòng)車的動(dòng)力電池”相組合的“中、小型智能電網(wǎng)”為中心的分布式供電、供熱的新能源體系。
隨著中國(guó)工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化進(jìn)程，中國(guó)的農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民必定迅速涌現(xiàn)猛烈的用能需求。
所有這些“新三農(nóng)”問(wèn)題的解決，必定轉(zhuǎn)化為“市場(chǎng)前景大、資源消耗低、就業(yè)機(jī)會(huì)多、綜合效益好”的“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”，關(guān)鍵是如何“認(rèn)真把握好科技超前部署的規(guī)律”。
在諸多有待超前部署的科技項(xiàng)目之中，重要的是大力發(fā)展分布式供電和供熱體系，在發(fā)展分布式供能的問(wèn)題上，必須因地制宜、就地取材，即建立“一個(gè)在廣大農(nóng)村、小城鎮(zhèn)急待開拓的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)——建立以‘太陽(yáng)能+風(fēng)能+小水電+生物質(zhì)能+小型抽水儲(chǔ)能電站+中小型儲(chǔ)能兼中小型電動(dòng)車的動(dòng)力電池’相組合的‘小型智能電網(wǎng)’為中心的分布式的供電、供熱的新能源體系”。
為何強(qiáng)調(diào)建設(shè)以“小型智能電網(wǎng)”為中心的供電、供熱的體系？
解決農(nóng)村、小城鎮(zhèn)用電，最好組成大小等級(jí)不同的智能型電網(wǎng)。由微電網(wǎng)、小電網(wǎng)、中電網(wǎng)，進(jìn)而發(fā)展為大型、超大型的智能型電網(wǎng)。供熱則需要盡量縮短管道供熱距離。
解決生活用電的最佳方案，是“屋頂光伏發(fā)電+鋰離子儲(chǔ)能電池”組成的“微電網(wǎng)”。我國(guó)約有100億平方米的屋頂，廣大農(nóng)村占有其中的80%。目前正在發(fā)展中的第三代光伏發(fā)電技術(shù)已能做到每平方米發(fā)出50W~60W的電力，其價(jià)格已下降到14元~15元/瓦，還有大幅度降價(jià)的空間。80億平方米的屋頂面積，可裝機(jī)約4億千瓦。以年平均發(fā)電1500小時(shí)計(jì)，4億千瓦將發(fā)出6000億度電。以10億農(nóng)村人口計(jì)，可人均供應(yīng)600度電。這將完全滿足農(nóng)村各住戶照明、電器、空調(diào)等生活用電，同時(shí)節(jié)余電力可輸往“小電網(wǎng)”。
解決生產(chǎn)用電的最佳方案是因地制宜地建設(shè)能連續(xù)供電8～10小時(shí)的功率為500～2000千瓦的“太陽(yáng)能光伏電站+風(fēng)能+鋰離子儲(chǔ)能電池”構(gòu)成的小型智能電網(wǎng)。我國(guó)現(xiàn)有鄰近農(nóng)村面積約4億畝的荒漠地。如以每平方米發(fā)電50W計(jì)，1畝荒地可裝機(jī)33.3千瓦，1億畝荒地則可裝機(jī)33億千瓦。這些荒地的太陽(yáng)能資源雖然比沙漠地區(qū)稍差，但均離農(nóng)村用電地區(qū)較近，而且大多是連片千畝以上干旱的土地，非常適合建設(shè)大、中、小型的“光伏電站+儲(chǔ)能電池”所構(gòu)成的中、小型智能電網(wǎng)。其中的儲(chǔ)能電池還可兼作包括拖拉機(jī)在內(nèi)的農(nóng)用電動(dòng)自行車、農(nóng)用客運(yùn)、貨運(yùn)電動(dòng)車輛的動(dòng)力電池。
由于這些地區(qū)大多鄰近發(fā)達(dá)地區(qū)，其開發(fā)成本、輸電成本均較低。以年發(fā)電1500小時(shí)計(jì)，1億畝荒地33億千瓦附有儲(chǔ)能裝置的裝機(jī)，將等價(jià)于能發(fā)電6000小時(shí)，裝機(jī)8億千瓦的火力發(fā)電的全年發(fā)電量，所提供的電能還是市場(chǎng)售價(jià)較高的峰電。在可以預(yù)見的未來(lái)，“峰谷比”之間的電價(jià)差距將越來(lái)越大。當(dāng)前在南方較發(fā)達(dá)地區(qū)，其峰電售價(jià)已高達(dá)1.6元/度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出光伏企業(yè)所呼吁的1.09元/度電的上網(wǎng)電價(jià)。華北、東北地區(qū)峰電售價(jià)雖僅為0.8元～1.2元/度，但太陽(yáng)能資源較好。只要將峰電市場(chǎng)劃歸“太陽(yáng)能+儲(chǔ)能電池”組成的小型智能電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)，或略加補(bǔ)貼，就能達(dá)到既能優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，又能大幅度增加農(nóng)村收入的效果。因此，這一“光伏電站+儲(chǔ)能電池”所組成的小型智能電網(wǎng)，必定有廣闊的發(fā)展前景。
如果這些荒地附近有較多水能、有建設(shè)小水電和抽水儲(chǔ)能電站的較好的地形條件，則更有利的方案是“光伏發(fā)電+風(fēng)能+小水電+小型抽水儲(chǔ)能電站”。當(dāng)然，是用光能、風(fēng)能、水能還是聯(lián)合供能，要依資源分布的狀況來(lái)確定。
抽水儲(chǔ)能電站的建設(shè)嚴(yán)重受限于地形條件。因此，大型、超大型的鋰離子儲(chǔ)能電池技術(shù)，仍是有戰(zhàn)略意義的新興儲(chǔ)能技術(shù)。當(dāng)前正在研發(fā)中的“以錳酸鋰為正極、鈦酸鋰為負(fù)極”的新型動(dòng)力電池兼儲(chǔ)能電池，能充放電20000～30000次，其儲(chǔ)能成本可下降到0.1元/度次。我國(guó)倘若大力促進(jìn)這一新技術(shù)的發(fā)展，則完全可能在近1～3年內(nèi)走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
如何解決農(nóng)村供熱？
解決生活供熱的最佳方案，是用定日鏡制作低損耗、低成本、低售價(jià)，可在廣大農(nóng)村、邊遠(yuǎn)地區(qū)、中小城鎮(zhèn)廣泛推廣和應(yīng)用的太陽(yáng)灶和中低溫太陽(yáng)能鍋爐。
陳應(yīng)天教授發(fā)明的陳式定日鏡還能制出供農(nóng)村大量使用的、聚焦60倍的太陽(yáng)灶，這是不需移動(dòng)的用來(lái)煮飯做菜的灶具。
新設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)灶是面積為1.5m×1.5m的定日鏡，其集熱功率為1.8kW～2.0kW，相當(dāng)于一個(gè)可供各種炊事操作的電爐。售價(jià)低于電爐的價(jià)格，且不需用電。由于這一新型太陽(yáng)灶是將太陽(yáng)光聚能后“由下而上”地將光能變?yōu)闊崮?，因此其附加的炊具，可設(shè)計(jì)為既可用太陽(yáng)能也可用沼氣或壓縮成塊的秸氣化加熱炒菜煮飯的鍋。這一太陽(yáng)灶有較大的供熱功率，農(nóng)村又有沼氣、秸稈，可彌補(bǔ)太陽(yáng)能的間歇性。預(yù)計(jì)這類太陽(yáng)灶將在有9億～10億農(nóng)民居住的農(nóng)村和小城鎮(zhèn)廣泛普及。
為解決中國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)即將出現(xiàn)的“冬季供暖、夏季供冷”的強(qiáng)烈需求，一個(gè)最簡(jiǎn)單的辦法是可將鏡面放大到4m×4m，其集熱功率也相應(yīng)擴(kuò)展為11.4kW～12.8kW。在我國(guó)平均集熱時(shí)間約是4～6小時(shí)/天。這一太陽(yáng)能集熱鍋爐，將年集熱16000～25000度。這個(gè)“4m×4m的定日鏡+特殊設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能和秸稈兼用的鍋爐”，將能滿足住宅面積為180m2～280m2的供暖、供冷的需求。
上述太陽(yáng)能鍋爐的最大優(yōu)點(diǎn)是：幾乎全部光能（除鏡反射損失的極小部分）可穿透玻璃窗，并在室內(nèi)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的熱能，其輸熱管道也放在室內(nèi)。其太陽(yáng)能集熱率遠(yuǎn)高于真空管式熱水器，供熱成本也只有真空管熱水器的1/3～1/4。
由可再生能源組成分布式、供電供熱的聯(lián)合電站
將上述定日鏡放大成為8m×8m的定日鏡，利用“定日鏡+秸稈氣化或沼氣+太陽(yáng)能和秸稈兼用的鍋爐”產(chǎn)生高品位熱能，直接推動(dòng)小型蒸汽渦輪機(jī)組、或單螺桿式機(jī)組發(fā)電。雖然這一太陽(yáng)能熱發(fā)電效率約為25%～30％，僅比20%的光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化率略高一些，卻能回收較多熱能，就近供應(yīng)熱能，其綜合利用率將超過(guò)80%。
石元春院士是生物質(zhì)能發(fā)電、秸稈發(fā)電、農(nóng)業(yè)能源產(chǎn)業(yè)的積極倡議者。倪維斗院士卻認(rèn)為農(nóng)村中單位面積秸稈產(chǎn)量有限，秸稈的大面積收集必然造成過(guò)高的發(fā)電成本，而且缺少降價(jià)空間，過(guò)高的補(bǔ)貼等于支持落后的生產(chǎn)力。石元春院士對(duì)此公允地指出，當(dāng)前農(nóng)村發(fā)展存在的問(wèn)題之一是農(nóng)民大量焚燒秸稈，既浪費(fèi)能源，又造成污染，不如花一定代價(jià)回收發(fā)電，還可以產(chǎn)生效益。我的意見是，兩位院士的見解均是“言之有理”。而如果采納上述方案，就能達(dá)成不同意見的完滿的統(tǒng)一。
建造智能電網(wǎng)必須做一場(chǎng)大改革
現(xiàn)階段，建設(shè)大型、超大型的智能電網(wǎng)的呼聲日益高漲。在我看來(lái)，一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的智能電網(wǎng)的概念設(shè)計(jì)、頂層設(shè)計(jì)，只能是“由小到大”，只能在“微電網(wǎng)”、“小電網(wǎng)”等各級(jí)電網(wǎng)作到初步智能化的基礎(chǔ)上，才能做到全局上的智能化。而且，中國(guó)未來(lái)的智能電網(wǎng)，不僅要考慮到供電，同時(shí)還要兼顧供熱。因此，中國(guó)未來(lái)的智能電網(wǎng)，必定以既能供電又能供熱的分布式的小型電站作基礎(chǔ)。中國(guó)未來(lái)的電力體制，必將不可免地出現(xiàn)一次大變革。
□中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員 何祚庥
