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1、一个即将在广大农村、中小城镇崛起的战略性新兴产业建议在中国的广大农村、过远地区、中小城镇建立以“太阳能+风能+小水电+生物质能+小型抽水储能电站+中小型储能兼中小型电动车的动力电池”相组合的“中、小型智能电网”为“中心”的分布式的供电、供热的新能源体系中国科学院理论物理研究所 何祚庥一、广大农村、广大农民将迅速出现猛烈的用能需求随着中国社会经济相继走上工业化、城市化、现代化，中国的农业、农村和农民必定迅速涌现猛烈的用能需求。所有这些“新三农”问题的解决，必定转化为“市场前景大、资源消耗低、就业机会多、综合效益好”的“战略性新兴产业”，关键是如何“认真把握好科技超前部署的规律”。在诸多有待“超前
2、”部署的科技项目之中，最为重要的是大力发展分布式供电和供热体系，有望将一次能源利用率提高到80%。但如果这一次能源来自煤炭、石油、天然气，那就不仅和“到2020年单位GDP的减排40%45%的CO2”的约束性指标，背道而驰，而且运费将占供能成本的大部分！所以，在发展分布式供能的问题上，必须“因地制宜”、“就地取材”。也就是建立“一个在广大农村、小城镇急待开拓的战略性新兴产业建立以太阳能+风能+小水电+生物质能+小型抽水储能电站+中小型储能兼中小型电动车的动力电池相组合的小型智能电网为中心供电、供热的新能源体系。”二、为什么强调建设以“小型智能电网”为“中心”的“供电、供热”的体系？电能较易传输
3、，热能往往有较大传输损失。解决农村、小城镇用电，最好组成大小等级不同的“智能型”电网。由微电网、小电网、中电网，进而发展为大型、超大型的智能型电网。供热就需要尽量缩短管道供热距离。解决生活用电的最佳方案，是“屋顶光伏发电+锂离子储能电池”组成的“微电网”。我国约有100亿m2的屋顶，广大农村约有全部屋顶面积的80%。当代发展中的第三代光伏发电技术已做到每平方米能发出50W/m260W/m2的电力，其等价于不跟踪平板电池的“等效”峰值功率的组件售价，已下降到14元15元/瓦，而且还有大幅度降价的空间。80亿m2的屋顶面积，可安装约4亿千瓦的电力。以年平均发电1500小时计，4亿千瓦将发出6000
4、亿度电能。以10亿农村人口计，可人均供应600度电/人。这将完全满足农村各住户照明、电器、空调、用电，节余电力可输往“小电网”。解决农村生产用电的最佳方案，是因地制宜地建设能连续供电810小时的功率为5002000千瓦的“太阳能光伏电站+风能+锂离子储能电池”构成的“小型”智能电网。我国现有18.26亿亩（1.2174亿公顷）的耕地。但我国还有邻近农村，面积约4亿亩的荒漠地。如以每平方米发电50W/m2计，1亩荒地可装机33.3千瓦/亩，1亿亩荒地可装机33亿千瓦！这些荒地的太阳能资源虽然比沙漠地区稍差，但均离广大农村较近，离用电地区较近，而且大多是连片千亩以上干旱的土地，非常适合在农村临近建
5、设大、中、小型的“光伏电站+储能电池”所构成的“中、小型”智能电网。用在中、小型智能电网中的储能电池还可兼作包括拖拉机在内的农用客运、货运电动车辆的动力电池。由于这些地区大多临近发达地区，其开发成本、输电成本均较低。以年发电1500小时计，1亿亩荒地上附有储能装置33.3亿千瓦的装机，将等价于能发电6000小时，装机8亿千瓦的火力发电的全年发电量，所提供的电能还是市场售价较高的“峰电”。我国发展的未来，“峰谷比”之间的电价差距将越来越大；所以，这一“光伏电站+储能电池”所组成的“小型”智能电网，必定有广阔的发展前景！如果这些荒地临近有较多水能，有较好地形建设小水电和抽水储能电站；其更有利的方案
6、，将是“光伏发电+风能+小水电+小型抽水储能电站”。当然，是用光能，还是风能，还是水能，还是联合供能，要看资源分布的状况来确定。抽水储能电站和锂离子储能电池，同样有迅速启动和关闭电流的能力；抽水储能电站不仅可接收“光伏发电+风电”发出的电力，而且可多接收来自天空位能较高的天落水，增加发电能力。在有合适地形条件下，抽水储能电站易做成大型，甚而超大型的抽水储能电站，是大型或超大型智能电网的建设中，是不可缺少的能库。抽水储能电站的建设，要受地形的严重限制。所以，大型、超大型的锂离子储能电池技术的出现，仍是有战略意义的新兴储能技术。当前正在研发中的以锰酸锂为正极、钛酸锂为负极的新型储能电池，能充放电2
7、000030000次，其储能成本，可下降到0.1元/度次！我国应大力促进这类新技术的出现，也完全有可能在近13年内走向大规模产业化。三、怎样解决农村供热？解决生活供热的最佳方案，是用定日镜制作低损耗、低成本、低售价，可在广大农村、边远地区、中小城镇，广泛应用和推广的太阳灶和中低温太阳能锅炉。近年来在太阳能聚能技术领域的一个重大突破，是陈应天教授发明的陈式定日镜。其特点是：不论太阳自晨至晚，从冬到夏，这一定日镜自动地在时间、空间分布上较均匀地将太阳光反射到某一固定的“集热面”上。已应用上述思维，成功地制造出聚光10000倍的太阳炉，已利用太阳炉成功地冶炼出7个9的多晶硅，正在走向产业化。陈式定日
8、镜还能制出供农村大量使用的，聚焦60倍的太阳灶。其特点是，用来煮饭做菜的灶具，不需移动！ 下面是一个可在农村中广泛使用的太阳灶的照片：新设计中的太阳灶，是面积为1.5m1.5m的定日镜，其集热功率为1.8KW，相当于一个可供各种炊事操作的电炉。售价低于电炉的价格，不需要用电。其附加的炊具，可设计为可用太阳能，也亦可用沼气或压缩成块的秸秆、气化加热炒菜、煮饭的锅。中国农村的特点：凡是太阳能比较丰富的地区，其秸秆产量往往比较稀少，而常年连阴多日的地区，其秸秆产量，必定丰富。这一太阳灶有较大的供热功率，农村又有沼气、秸秆，弥补太阳能的间隙性。估计这类太阳灶将能大幅度推广到有910亿农民居住的农村和小
9、城镇。为解决中国农村和小城镇即将涌现“冬季供暖、夏季供冷”的强烈需求。一个最简单的扩展，可将镜面放大到4m4m，其集热功率将扩展为11.412.8KW。在中国不同地区，其年平均集热时间，约是46小时/每天。这一太阳能集热锅炉，将年集热1600025000度热。在当今中国的不同地区，达到“舒适”、“供暖供冷”标准的，约是年均供热量50100度热/m2。上述“4m4m的定日镜+特殊设计太阳能和秸秆兼用的锅炉”，将能满足住宅面积为180m2280m2的供暖、供冷的需求。当然，在农村和小城镇，在连阴天不会有秸秆的短缺。上述太阳能锅炉的最大优点是：全部光能，除镜反射损失极小部分，均在室内转化为相应的热能
10、，其输热管道也放在室内。其太阳能集热率，远较真空管式热水器为高。其供热成本，也只有真空管热水器的1/31/4。四、更有发展前景的产业由可再生能源组成的分布式的、供电供热的联合电站一个最简单的方案是，将上述定日镜放大成为8m8m的“定日镜，将能用这一“8m8m的定日镜+秸秆气化或沼气+太阳能和秸秆兼用的锅炉”直接推动小型蒸汽涡轮机组、或单螺杆式机组发电。虽然这一太阳能热发电效率约为25%30，但却能回收较多热能，就近供应热能。五、建造智能电网，必须“由小到大”，必须在电力结构上做“大改革”现在人们纷纷呼吁中国要建设大型、超大型的智能电网，大幅度提高能源利用效率。从我们来看，一个经济有效的智能电网的“概念设计”、“顶层设计”，只能是“由小到大”，只能在“微电网”、“小电网”、等各级电网，做到初步“智能”化的基础上，才能做到“全局”上的智能化。所以，中国未来的电力体制，必不可免地将出现一个“大改革”。六结语：不仅仅中国能源体制需要“大改革”，而且中国的“农业”，也需要“大改革”。中国的农村，将不再局限于向社会提供粮食和衣物，而且将成为“可再生能源”，包括太阳能和生物质能，长期持续供应能源的基地。其来自能源的单位土地面积的收益，将至少是传统农产品的10倍！