建議在中國的廣大農(nóng)村、邊遠地區(qū)、中小城鎮(zhèn)，建立以“太陽能+風能+小水電+生物質(zhì)能+小型抽水儲能電站+中小型儲能兼中小型電動車的動力電池”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。
隨著中國工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化進程，中國的農(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)”問題的解決，必定轉(zhuǎn)化為“市場前景大、資源消耗低、就業(yè)機會多、綜合效益好”的“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”，關鍵是如何“認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)展分布式供能的問題上，必須因地制宜、就地取材，即建立“一個在廣大農(nóng)村、小城鎮(zhèn)急待開拓的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)——建立以‘太陽能+風能+小水電+生物質(zhì)能+小型抽水儲能電站+中小型儲能兼中小型電動車的動力電池’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”。
為何強調(diào)建設以“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，最好組成大小等級不同的智能型電網(wǎng)。由微電網(wǎng)、小電網(wǎng)、中電網(wǎng)，進而發(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+鋰離子儲能電池”組成的“微電網(wǎng)”。我國約有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)電技術已能做到每平方米發(fā)出50W~60W的電力，其價格已下降到14元~15元/瓦，還有大幅度降價的空間。80億平方米的屋頂面積，可裝機約4億千瓦。以年平均發(fā)電1500小時計，4億千瓦將發(fā)出6000億度電。以10億農(nóng)村人口計，可人均供應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能連續(xù)供電8～10小時的功率為500～2000千瓦的“太陽能光伏電站+風能+鋰離子儲能電池”構成的小型智能電網(wǎng)。我國現(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，1畝荒地可裝機33.3千瓦，1億畝荒地則可裝機33億千瓦。這些荒地的太陽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，非常適合建設大、中、小型的“光伏電站+儲能電池”所構成的中、小型智能電網(wǎng)。其中的儲能電池還可兼作包括拖拉機在內(nèi)的農(nóng)用電動自行車、農(nóng)用客運、貨運電動車輛的動力電池。
由于這些地區(qū)大多鄰近發(fā)達地區(qū)，其開發(fā)成本、輸電成本均較低。以年發(fā)電1500小時計，1億畝荒地33億千瓦附有儲能裝置的裝機，將等價于能發(fā)電6000小時，裝機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售價較高的峰電。在可以預見的未來，“峰谷比”之間的電價差距將越來越大。當前在南方較發(fā)達地區(qū)，其峰電售價已高達1.6元/度，遠遠超出光伏企業(yè)所呼吁的1.09元/度電的上網(wǎng)電價。華北、東北地區(qū)峰電售價雖僅為0.8元～1.2元/度，但太陽能資源較好。只要將峰電市場劃歸“太陽能+儲能電池”組成的小型智能電網(wǎng)經(jīng)營，或略加補貼，就能達到既能優(yōu)化能源結構，又能大幅度增加農(nóng)村收入的效果。因此，這一“光伏電站+儲能電池”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、有建設小水電和抽水儲能電站的較好的地形條件，則更有利的方案是“光伏發(fā)電+風能+小水電+小型抽水儲能電站”。當然，是用光能、風能、水能還是聯(lián)合供能，要依資源分布的狀況來確定。
抽水儲能電站的建設嚴重受限于地形條件。因此，大型、超大型的鋰離子儲能電池技術，仍是有戰(zhàn)略意義的新興儲能技術。當前正在研發(fā)中的“以錳酸鋰為正極、鈦酸鋰為負極”的新型動力電池兼儲能電池，能充放電20000～30000次，其儲能成本可下降到0.1元/度次。我國倘若大力促進這一新技術的發(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，可在廣大農(nóng)村、邊遠地區(qū)、中小城鎮(zhèn)廣泛推廣和應用的太陽灶和中低溫太陽能鍋爐。
陳應天教授發(fā)明的陳式定日鏡還能制出供農(nóng)村大量使用的、聚焦60倍的太陽灶，這是不需移動的用來煮飯做菜的灶具。
新設計中的太陽灶是面積為1.5m×1.5m的定日鏡，其集熱功率為1.8kW～2.0kW，相當于一個可供各種炊事操作的電爐。售價低于電爐的價格，且不需用電。由于這一新型太陽灶是將太陽光聚能后“由下而上”地將光能變?yōu)闊崮?，因此其附加的炊具，可設計為既可用太陽能也可用沼氣或壓縮成塊的秸氣化加熱炒菜煮飯的鍋。這一太陽灶有較大的供熱功率，農(nóng)村又有沼氣、秸稈，可彌補太陽能的間歇性。預計這類太陽灶將在有9億～10億農(nóng)民居住的農(nóng)村和小城鎮(zhèn)廣泛普及。
為解決中國農(nóng)村和小城鎮(zhèn)即將出現(xiàn)的“冬季供暖、夏季供冷”的強烈需求，一個最簡單的辦法是可將鏡面放大到4m×4m，其集熱功率也相應擴展為11.4kW～12.8kW。在我國平均集熱時間約是4～6小時/天。這一太陽能集熱鍋爐，將年集熱16000～25000度。這個“4m×4m的定日鏡+特殊設計的太陽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。
上述太陽能鍋爐的最大優(yōu)點是：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)化為相應的熱能，其輸熱管道也放在室內(nèi)。其太陽能集熱率遠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+太陽能和秸稈兼用的鍋爐”產(chǎn)生高品位熱能，直接推動小型蒸汽渦輪機組、或單螺桿式機組發(fā)電。雖然這一太陽能熱發(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，就近供應熱能，其綜合利用率將超過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高的發(fā)電成本，而且缺少降價空間，過高的補貼等于支持落后的生產(chǎn)力。石元春院士對此公允地指出，當前農(nóng)村發(fā)展存在的問題之一是農(nóng)民大量焚燒秸稈，既浪費能源，又造成污染，不如花一定代價回收發(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，就能達成不同意見的完滿的統(tǒng)一。
建造智能電網(wǎng)必須做一場大改革
現(xiàn)階段，建設大型、超大型的智能電網(wǎng)的呼聲日益高漲。在我看來，一個經(jīng)濟有效的智能電網(wǎng)的概念設計、頂層設計，只能是“由小到大”，只能在“微電網(wǎng)”、“小電網(wǎng)”等各級電網(wǎng)作到初步智能化的基礎上，才能做到全局上的智能化。而且，中國未來的智能電網(wǎng)，不僅要考慮到供電，同時還要兼顧供熱。因此，中國未來的智能電網(wǎng)，必定以既能供電又能供熱的分布式的小型電站作基礎。中國未來的電力體制，必將不可免地出現(xiàn)一次大變革。
□中國科學院院士、中國科學院理論物理研究所研究員 何祚庥
