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| 发展太阳能LED路灯是我国利用太阳能的捷径
12/28/2009 10:15:00 AM |
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茅于海
自从国际油价飙升以来，人们才开始认识到原来作为能源的重要来源的石油也会有枯竭的时候。最近虽然油价又暴跌，但是过去的阴影仍然无法抹去，再加上索马里海盗在最近轻而易举地劫持了31万吨的天狼星超级油轮，更使人感受到这个能源管路的脆弱。虽然中国不是靠燃油发电，但是每年也要进口3.5亿吨之多。
一． 中国的能源结构
更大的问题是中国的能源结构不合理（见下表）。
煤炭 石油 水力 天然气 核能
70％ 21％ 5％ 3％ 1％
中国的能源70％以上都是依靠煤炭。煤炭加上石油占90％以上。而这两种能源再加上天然气都是产生二氧化碳的罪魁祸首。所以中国的二氧化碳排放量早在2006年已经超过美国成为全球第一。中国的排放量为62亿公吨，其中的5亿5000万公吨来自水泥。而美国的排放量为58亿公吨，而其中的5000万公吨来自水泥。虽然核能不产生二氧化碳，但是它不是可再生能源，也有枯竭的时候。虽然水力是可再生能源，但是中国的河流大多数夹杂有大量的泥砂，过去已经有黄河三门峡的经验教训，现在的长江三峡还前途未卜，而且水电可开发的量是有限的。甚至就拿中国蕴藏量最大的煤炭来说，也是十分有限的，到本世纪末也会开采完毕。那时候，所有的火电厂都要关门大吉。
在所有的能源中唯一的取之不尽用之不竭的只有太阳能。
二．中国的太阳能
由于中国的地理位置，中国拥有非常可观的太阳能源。全国各地的年太阳辐射总量为3340-8400 MJ/m2，中值为5852 MJ/m2。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带的年太阳辐射总量都在5000MJ/m2以上，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区。而长江流流域及四川、贵州等东、中部地区的太阳能资源条件较差，年太阳辐射总量在5000 MJ/m2以下。
类别 | 全年日照时数(h) | 每平米年总量/（KJ/㎡） | 主要地区 | 与其它国家相同地区比较 | 1 | 3200～3300 | （670～837）×10４相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量 | 宁夏北部、甘肃北部、新疆南部、青海西部、西藏西部 | 印度、巴基斯坦北部 | 2 | 3000～3200 | （586～796）×10４相当于200～225kg标准煤燃烧所发出的热量 | 河北西北部、山西北部、内蒙古、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆南部 | 印度尼西亚 雅加达 | 3 | 2200～3000 | （502～670）×10４相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量 | 山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽南部、黑龙江、台湾东北部 | 美国华盛顿 | 4 | 1400～2200 | （419～502）×10４相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量 | 湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、台湾东北部 | 意大利米兰 | 5 | 1000～1400 | （335～419）×10４相当于115～140kg标准煤燃烧所发出的热量 | 四川、贵阳 | 德国、法国巴黎、 俄罗斯莫斯科 |
可以说中国的60%国土面积的日照都在2200小时以上，是一个阳光资源极其丰富的国家。
三．中国是太阳能电池板生产的巨人，使用的侏儒
中国在太阳能电池板的生产方面占全球第一位，预计中国在2008年的太阳能电池的产能将达到2吉瓦，也就是2百万千瓦。占全世界的太阳能电池板产量的27.5%，居世界第一。然而，中国自己的装机容量还是少得可怜。目前中国的太阳能发电只有8万千瓦左右，只占总发电量的0.01％。也就是说，中国生产的太阳能电池板95％都出口了，而留给自己用的只有5％。而德国的地理位置相当于中国的哈尔滨到漠河的纬度，其太阳能只相当于最差的第五类。而德国在2007年的发电量就已经达到270万千瓦，占全球太阳能发电量的55%，，2008年还要增加20%，稳居世界第一。而且如果从占发电总量的比例来看，那就相差更远了。德国的太阳能发电占总发电量的比例现在已经达到了14%。可见德国政府重视的程度。
中国虽然也在规划增加可再生能源的投入，包括太阳能在内。但是所规划的数量和增速都少得可怜：
下面是中国的十一五规划：
技术类别 | 规划目标（万千瓦） | 重点地区 | 1. 小型光伏发电 | 10 | 西藏、甘肃、内蒙古、宁夏、新疆、 | 城市屋顶系统和大型标志性建筑 | 5 | 北京、上海、广东、江苏、山东 | 光伏大型电站 | 5 | 石林、拉萨、敦煌和鄂尔多斯 | 2. 边远地区供电 | 15 | 西藏、青海、甘肃、新疆、云南、四川 | 3. 太阳能热发电 | 5 | 内蒙古 | 合计 | 30万千瓦 | |
也就是中国要到2010年所有的太阳能发电一共才只有30万千瓦。还不到2008年所生产的太阳能电池板的六份之一。发改委还提出要到2020年，太阳能发电量只有180万千瓦，也还没有达到2008年全年生产的太阳能电池板的总量。
为什么会出现这样的情况呢？显然这并不是因为中国在技术上落后，其根本原因是：进出口方面，完全是市场经济的法则在支配，国外有这方面的需求，有市场，所以就能出口，而在国内则完全是由计划经济所支配，国家不定货，就没有市场。这也是中国太阳能发电事业落后的症结所在。
四．发展太阳能发电的途径
其实可以说，在国外很多资本主义国家的太阳能发电也完全是由政府在主导，也是计划经济。只不过他们非常重视太阳能发电而已。他们发展太阳能发电主要有两种途径，或者说两个市场。
1．建立大型的太阳能发电站。 然而要建立大型发电站必须考虑地点问题，最理想的地点是沙漠地区，而这个沙漠还必须靠近大城市。所以中国的第一个大型太阳能发电站计划建造在甘肃的敦煌地区，以供给甘肃兰州地区的工业需电。即使这样，敦煌离开兰州还有几百公里的输电距离。太阳能发电是低压直流，还要变成高压交流或高压直流来远距离输电，它也还有一系列的输配电技术问题要解决。而且就这样一个小型的太阳能发电站（10万千瓦）还要投资7亿6千万美元。所以这只能是一种示范工程，而决不是一种可以在中国全面推广的途径。
2．采用德国和美国加州的屋顶计划。这是一种发动群众的好方法，基本上是由个人投资，国家补贴。但是，因为国外的大多数人（尤其是中产阶级）都是居住在有自有屋顶的住家中，而中国的居住在城里的中产阶级大多数都是居住在没有自己屋顶的公寓中。只有少数高收入阶层有可能有自己的别墅，不过也是度假用。而且中国的大多数中产阶级虽然有能力投资一个几千元的太阳能热水器，但是要投资一个几万元太阳能发电站还是要考虑考虑的。更重要的是2000年，德国议会通过了《可再生能源法》，并于2004年进行了修订，实行购电补偿法，根据不同的太阳能发电形式，政府给予为期20年，0.45-0.62欧元/度（相当于5元人民币）的补贴，这一额度几乎相当于一般火力发电价格的10倍。而中国政府没有这种补贴。虽然农村居民大多数人有自己的屋顶，但是他们的经济实力更本不可能去自行投资太阳能电站，而顶多少数富裕的蒙古包会去建立这种可移动的发电设备。这也许仍然需要政府的支助。虽然上海也提出了10万个太阳能屋顶计划，但是，看样子也只能是政府行为，而不大可能是由个人投资。而且也许用的并不是真正的居民屋顶，因为可能在上海找不到那么多可用的屋顶。
所以看来这两种途径都不适合于中国的国情，也许这就是为什么中国在太阳能发电上相当保守规划的原因。所以中国必须找出适合于中国国情又能快速普及的途径来。
在中国最有希望快速普及的可能就是太阳能LED路灯工程了。因为首先它不需要大型场地，而且是“自产自销”，它不需要远距离输配电，甚至连逆变器也不需要，因为LED也是只要低压直流供电的。问题主要在于这个市场的规模有多大，效益如何？
五．太阳能LED路灯的市场有多大？
据有关方面估计中国现有路灯总数大约在一亿盏（也有估计为2亿盏）以上，并以每年20%的速度增长，假如这一亿盏路灯可以折合成为6000万盏250瓦的路灯，再假定这6000万盏路灯全部改成太阳能LED路灯，那么总共可以节约1500万千瓦的功率。假定每盏路灯每天工作12小时，在1年内将节约657亿度电。而三峡水电站在2007年的发电总量为616.03亿度电。因此把全国的路灯全部改为太阳能路灯后所节省的电量将超过一个三峡水电站一年的发电量。这是一个极其惊人的数字。要知道三峡工程总投资超过1800亿元，再加上输配电工程的400多亿总共超过2200亿投资。而且还有一百多万的移民问题，再加上对于生态环境很多不可预测的问题，…。
那么，中国的太阳能LED路灯的市场容量有多大呢？据台湾光学产业技术发展联合会预计全球LED路灯的市场规模2008年将达到10.4亿美元，中国市场占大约5.6亿美元，中国2008年新建的LED路灯数量将会达到50万个。预计2009年全球LED路灯将由今年的90万盏，大幅攀升到210万盏，渗透率将超过1%。2010年全球LED路灯市场规模则将成长到440万盏，渗透率将倍数提升到2%以上。按照过去的增长速度，假定中国2009年仍然增加20%以上，至少达到60万盏。如果原来采用的高压钠灯每盏耗电250瓦，那么总耗电达15万千瓦，改成太阳能路灯以后不但这些电能都将节省下来，而且还能发出相当数量的太阳能电能。假定LED路灯只要100瓦每盏，所需的太阳能电池板大约为4倍的功率，也就是400瓦。60万盏就需要24万千瓦的太阳能电池板。就已经远远超出现在的太阳能电池板的全部用量。
其实，中国的整个路灯市场的规模极大，仅2007年就安装了1700万盏。当然，其中大部分为普通交流电高压钠灯,而不是太阳能LED路灯。假如2009年的全部路灯安装数目可以达到2000万盏，而且全部改用太阳能LED路灯，那么所需的太阳能电池板的总功率将达到800万千瓦。而发改委提出的到2020年才180万千瓦的任务，明年2009年就可以超额4.4倍完成。而且三年下来，它的总功率将超过2400万千瓦，远远超过花费18年造成的三峡水电站的总装机容量（2250万千瓦）。
更重要的是发展太阳能LED路灯完全不需要政府集中如此巨大的人力、物力、财力，更不需要移民上百万，也不存在生态环境方面的忧虑，而只要发动各级地方政府的力量就可以完成。而且这并不需要追加各级政府的投入，因为这些路灯本来就在计划之中，只不过是把原来的高压钠灯改为太阳能LED路灯而已。
六．太阳能LED路灯和传统高压钠灯路灯的比较
那么剩下的问题只有一个，就是太阳能LED路灯在性价比上和传统的高压钠灯比较又如何呢？可以说太阳能LED路灯有以下几方面的优点：
1．太阳能LED路灯采用的是清洁的可再生能源，相比于传统的高压钠灯可以减少二氧化碳排放量。假如2009年的2000万盏路灯全部改用太阳能LED路灯以后，可以减少2580万吨二氧化碳的排放，相当于103亿美元二氧化碳减排成本。
2．传统的交流电供电路灯的最大问题是要铺设输配电电缆，增加了宝贵的铜资源的消耗。需要挖沟，破坏路面。而且这些路灯电缆还是不法分子最理想的偷窃目标。而架设太阳能路灯就十分简单，就好像种一棵大一点的树一样，挖一个坑，埋上就好。
3．交流电供电要比太阳能供电效率低15％，也就是说要得到同样的输出功率，采用交流电就要多输入15％的电功率。而且还有功率因素的问题，如果不加补偿，更会引起电网的无功功率增加。
4．太阳能LED路灯的最大优点就是完全不需要交电费。一盏250瓦的高压钠灯每年的电费大约在766元左右。2000万盏路灯的电费一项支出就是153.3亿元人民币。
5．普通高压钠灯的寿命只有3000－5000小时，而LED的寿命可达30000－50000小时，而且随着技术的进步，LED的寿命完全有可能高达10万小时。
当然太阳能LED路灯也是有一些问题和缺点：
1．在一些日照不足的地方，必须加大太阳能电池板的面积和蓄电池的容量。在风力比较大的地方，加大太阳能电池板的面积会降低它的抗风能力，但可以采用风光互补的LED路灯。
2．太阳能电池板的造价，现在还比较高，大约在20元/瓦左右，是太阳能LED路灯的主要成本开支。然而太阳能电池板的单价正在急剧降低，多晶硅的价格在08年达到最高峰，大约为470美元/公斤。然而它现在正在以惊人的速度跌落，估计用不了一两年，它就会跌落到原来的40美元/公斤。薄膜太阳能电池的单价很快就会降低到7元/瓦，也就是比现在低3倍。
其实，中国现在面临的问题是多晶硅生产过剩的问题，工信部已经为此发出警告，现在中国的多晶硅规划中的产能已经达到17.7万吨，相当于2007年全球产量的4.72倍和中国现有产量的88倍。2008年中国已经有1.8万吨的产能，实际生产约2000吨，而国内消费约8000吨（主要是进口原材料制成太阳能电池板后出口）。
最近美国硅谷的NanoSolar 公司更推出了一种可以印刷的称之为“PowerSheet”的薄膜太阳能电池，他是用一种“太阳能墨水”印刷到一层像铝箔一样薄的金属薄膜上而形成太阳能电池。它可以在一分钟的时间里“印刷”出几百米长的太阳能电池。它的每瓦制造成本不到0.3美元。是过去的1/10。他们的工厂在2008年投产以后，每年可以生产出430兆瓦的太阳能电池板。所以中国的多晶硅和太阳能电池板都将很快面临生产过剩。必须为这些过剩的太阳能电池板寻找出路。而太阳能LED路灯看来是最佳的选择。
那么究竟太阳能LED路灯和普通高压钠灯的架设费用比较如何呢？
现在有很多专家在比较二者的造价时往往只拿单个灯杆来比较，这是很不合理的。即使加上电缆的成本也是不合理的。因为采用交流电的高压钠灯路灯还应该包括施工费用。根据江苏省某市的预算，所有费用平均分摊到每一个交流电高压钠灯路灯的费用为1.2万元左右。如果采用太阳能LED路灯的话，每一盏太阳能LED路灯即使按照现在太阳能电池板的价格计算，也只不过在1.2万元左右。更重要的是太阳能路灯完全没有电费的支出，每盏250瓦的路灯每年大约要节省750元电费，10公里大约需要666盏路灯，每年就能节省50万元的电费。线路越长，所节省的电费越多。所以无论在架设成本、常年维护以及营运费用几个方面，太阳能LED路灯的优越性都是交流电高压钠灯路灯所无法比拟的。
由此可见，采用太阳能LED路灯决不是一件无足轻重的小事，而是涉及到我国能源政策的大事，涉及到我国能不能在短时间内快速发展太阳能的利用问题。发展太阳能LED路灯以后只要一年时间就可以实现800万千瓦的绿色可再生能源，三年下来就是相当于建造了一个新的绿色三峡水电站。就可以使我们的可再生能源增加到4%以上。这是在最短期间内加速改变我国能源结构的最为有效的短平快而多快好省的做法。而且这完全可以要求各级地方人民政府来完成，不需要由中央政府出面组织像三峡那样的浩大工程，而却能实现更好的效果，这是何乐而不为呢？
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