农村可再生能源技术与应用(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：周鑫发,杨启岳

出版社：浙江大学出版社

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农村可再生能源技术与应用试读：

能源是现代化社会的重要物质基础。随着社会经济的快速发展，我国的能源消费也出现了高速增长的态势，目前已成为世界第二大能源消费国，我国的能源问题正面临着前所未有的严峻形势。与此同时，化石燃料的大量消耗，使得大气污染加剧，人类赖以生存的环境正在不断恶化。增加能源供应、保障能源安全、保护生态环境、促进经济和社会的可持续发展已成为我国面临的一项重大战略任务。可再生能源的开发和利用是世界上许多国家的重要能源战略，可再生能源的发展已成为国际能源领域的热点之一。我国政府一直重视可再生能源的开发利用，除水电外，风电、太阳能、生物质能等技术应用和产业也在政府的支持下从20世纪80年代开始稳步发展，并在小水电、太阳能热水器、小风电等技术和产业的发展方面走在了世界前列。2006年1月1日开始实施的《中华人民共和国可再生能源法》标志着我国可再生能源发展进入了一个新的历史阶段。

我国有7.5亿人口生活在农村，解决农村能源问题是全面建设社会主义新农村的必然要求。我国的《可再生能源中长期发展规划》中明确指出：促进资源节约型、环境友好型社会和社会主义新农村建设，把发展可再生能源作为全面建设小康社会和实现可持续发展的重大战略举措，加快水能、风能、太阳能和生物质能的开发利用。我国农村有着丰富的水能、太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生资源，开发利用农村可再生能源，不仅有利于充分利用农村资源、优化农村产业结构、促进农村经济发展，还有利于方便和满足农村用能、提高边远地区人口的生活质量，也有利于保护和改善农村生态环境、整治村容村貌、实现农村的可持续发展。因此，发展农村可再生能源对于增加我国的能源供给，改善能源结构，保障国家能源安全和经济可持续发展，尤其是建设社会主义新农村，具有重要的意义。

农村可再生能源技术主要包括太阳能热利用技术、光电技术、小风电技术、小水电技术、水锤泵技术、沼气技术、生物质能源化利用技术和地热能利用技术等。为了进一步宣传与推广以上有关技术，加强这些技术在我国广大农村地区的应用，浙江省能源与核技术应用研究院、《能源工程》杂志社特组织来自高校、科研院所、行业协会的专家、学者编写了本书。本着大众性和实用性的编写原则，本书较为系统地介绍了农村可再生能源技术的基础知识，深入浅出地论述了各种技术的应用场合、特点、经济性及新进展等，并辑选了一些具有工程实践意义的技术应用实例。本书可作为广大从事农村可再生能源开发应用工作的技术与管理人员的参考用书，也可供大专院校学生及专业人员培训使用。

本书由周鑫发和杨启岳合作编著。潘毅、周劲松、徐锦才、郑荣进、林期远、王其坤等参与了本书的编写工作，谨对以上编写人员的辛勤劳动表示感谢。由于编写时间仓促及编写人员水平所限，不妥之处难免，敬请广大读者、专家批评指正。作 者2011年3月5日第一章农村可再生能源利用与低碳经济

第一节 可再生能源是人类社会的必然选择

能源是经济和社会发展的重要物质基础。工业革命以来，世界能源消费大大增长，地球上化石能源消耗加剧，生态环境不断恶化，人类社会的可持续发展受到严重威胁。目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，但人均能源消费水平还很低。随着经济和社会的不断发展，我国的能源需求将持续增长，增加能源供应、保障能源安全、保护生态环境、促进经济和社会的可持续发展是我国面临的一项重大战略任务。

一、能源是社会发展的重要支柱（一）人类利用能源的历史与发展

在人类文明发展的历史长河中，能源为人类的生产和生活提供了重要的物质保障。大约在一万年前的旧石器时代，原始人开始了火的使用并发明了钻木取火，他们用火取暖、烤熟食物，有效地促进了自身体质的改善，加速了原始人的进化，这是人类利用能源的开始，也昭示了能源从此成为人类社会发展的重要物质基础。此后，在漫长的年代里，人类利用柴草做燃料，利用太阳来干燥作物和食物，利用大自然的风力和水力作动力来取水和从事农业生产活动，摆脱了单纯依靠人力和畜力从事活动的局面，虽然人类使用能源的能力和范围都非常有限，但是这些简单原始的能源利用却在人类进化和社会发展中起到了非常重要的作用。后来人们利用木炭烧制陶器，利用煤炭冶炼金属，把人类社会带入了青铜器时代、铁器时代。

18世纪60年代，随着蒸汽机的发明和应用，人类第一次产业革命从英国开始蔓延到世界各国，促使世界能源结构发生第一次大转变，即从薪柴转向煤炭为主。冶金工业的兴起，铁路和航运业的发展都需要大量的煤炭，整个19世纪，煤炭成为资本主义工业化的动力基础。1860年至1920年，世界煤产量从1.36亿吨增长至12.50亿吨标煤，1920年煤炭占世界商品能源总结构的87%。从20世纪20年代开始，世界能源结构发生了第二次大转变，即从煤炭转向石油和天然气。1920年，石油和天然气在世界能源构成中的比重为11%，1959年达到了50%，超越煤炭成为第一能源，相对应地，煤炭的比重则由87%下降到48%。1993年，世界一次能源总消费量约为111.5亿吨标煤，其中石油占40.4%，天然气占22.9%，煤炭占27.5%，其余为水电和核电等。能源结构从煤炭转向石油、天然气，对社会经济的发展具有非常重要的作用。20世纪50年代和60年代，许多国家正是依靠充足的石油供应实现了国民经济的高速增长。

电的发明和应用是继蒸汽机的发明和应用之后，近现代史上第二次技术革命的核心。20世纪以来，人类在设计、材料和制造工艺上的进步，推动了电力的生产和应用的迅速发展，世界发电量从1951年的956.8亿kW·h增长到1992年的120267亿kW·h，四十来年增长了100多倍。电力输送的方便性和经济性、电能和机械能之间的高转换效率以及易于控制的特点等，使得电力成为现代社会使用最广、增长最快的二次能源。

以煤炭、石油、天然气为主的化石能源属于不可再生能源，地球上其资源总量是有限的，而且化石燃料燃烧排放的CO2、SO2和NOx会给全球带来严重的环境问题，诸如温室效应、酸雨、水土流失等，所有这些问题促使世界能源结构开始第三次大转变，即从石油、天然气为主的能源系统转向以可再生能源为基础的可以持续发展的能源系统。这一转变始于20世纪70年代，1973年中东战争引发的世界石油危机加速了各国对可再生能源的开发利用及对核聚变发电的研究，可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能等。世界能源结构转变到以可再生能源为主将是一个漫长的过程，有专家认为大约需要100多年时间。（二）能源是现代社会的重要物质基础

能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，在当代，能源已成为世界各国满足人民生活和保障国民经济发展的重要基础产业，随着工业文明的持续发展和经济全球化进程的加快，世界能源需求正在不断增长。

1.经济的高速发展离不开能源

任何国家工业化过程中经济的高速增长，都离不开钢铁、化工、建材等高耗能工业的发展。能源的开采、加工、转换和输送，不仅需要充裕的资金、劳力、材料、设备，还要消耗大量的能源；能源工业向耗能部门提供燃料和动力，耗能部门则向能源工业提供材料和设备，两者之间有着相互依存的关系。

2.农业的现代化在很大程度上依赖于能源

农业机械的使用，化肥、农药等的生产，农田的灌溉等，均离不开能源，农业现代化其实就是用能源来代替人力、畜力和天然肥料的过程。全世界平均约有四分之一的化石燃料用于食物系统，包括食物的生产、加工、运输、分配、冷藏和烹调，而其中又有大约四分之一用于农业生产。因此，在我国开发农村新能源和节能是能源工作的一个重点。

3.能源与国防紧密相关

石油是非常重要的战略物资，它推动了钢铁、汽车、造船、化学等工业的发展以及海洋开发、地质、电子等领域新技术的研究，在各国对外政策和经济战略中占有主导地位，从军事角度看，石油已成为一个全球性的战略要素。狭义地讲，能源技术的进步是军备现代化的先决条件，能源科学技术的重大发现和发明往往用于军事目的：19世纪，英国依靠以蒸汽为动力的远洋舰队称霸世界；内燃机的发明，使飞机、坦克、军舰等成为主要的常规武器；核能的发现则被首先用来制造原子弹。

4.能源是科技进步的前提，科技的发展又促进能源的开发和能源利用效率的提高

历史上，伴随着能源技术的每一次突破，都能带来生产技术的重大变革甚至社会生产方式的革命。以蒸汽机、电力和核能的发明与应用为代表的三次能源技术的重大突破就是很好的证明。正是新的能源技术促使世界能源结构的转变，而不是能源资源的枯竭。今天，许多新的工业技术，诸如电子技术、空间技术、生物工程等都需要分散的、可再生的、多样化的能源，而这些技术的应用又为人类应对能源问题开辟了新的前景。

二、我国的能源发展现状

中国是目前世界上第二大能源生产和消费大国。能源供应的持续增长，为经济社会发展提供了重要的支撑。能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔的发展空间。中国已经成为世界能源市场不可或缺的重要组成部分，对维护全球能源安全，正在发挥越来越重要的积极作用。中国政府正在以科学发展观为指导，加快发展现代能源产业，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，努力增强可持续发展能力，建设创新型国家，继续为世界经济发展和繁荣作出更大贡献。（一）我国的能源资源

1.能源资源总量比较丰富

我国拥有较为丰富的化石能源资源，其中煤炭占主导地位。2006年，我国煤炭保有资源量10345亿吨，剩余探明可采储量约占世界的13%，列世界第三位。我国已探明的石油、天然气资源储量相对不足，而油页岩、煤层气等非常规化石能源储量潜力较大。我国拥有较为丰富的可再生能源资源，其中水力资源的理论蕴藏量折合年发电量为6.19万亿kW·h，经济可开发年发电量约1.76万亿kW·h，相当于世界水力资源量的12%，列世界首位。

2.人均能源资源拥有量较低

我国由于人口众多，人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平。煤炭和水力资源人均拥有量相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源量仅为世界平均水平的1/15左右。而耕地资源不足世界人均水平的30%，也制约了生物质能源的开发。

3.能源资源赋存分布不均衡

我国能源资源分布广泛但不均衡。煤炭资源主要赋存在华北、西北地区，水力资源主要分布在西南地区，石油、天然气资源主要赋存在东、中、西部地区和海域。中国主要的能源消费地区集中在东南沿海经济发达地区，资源赋存与能源消费地域存在明显差别。大规模、长距离的北煤南运、北油南运、西气东输、西电东送，是中国能源流向的显著特征和能源运输的基本格局。

4.能源资源开发难度较大

与世界各国相比，我国煤炭资源的地质开采条件较差，大部分储量需要井下开采，极少量可供露天开采。石油天然气资源的地质条件复杂，埋藏深，勘探开发技术要求较高。我国未开发的水力资源多集中在西南部的高山深谷，远离负荷中心，开发难度和成本较大。我国非常规能源资源的勘探程度低，经济性较差，缺乏竞争力。（二）我国的能源发展

1.供给能力明显提高

经过几十年的努力，中国已经初步形成了煤炭为主体、电力为中心、石油天然气和可再生能源全面发展的能源供应格局，基本建立了较为完善的能源供应体系。建成了一批千万吨级的特大型煤矿。2006年我国一次能源生产总量22.1亿吨标准煤，列世界第二位，其中原煤产量23.7亿吨，列世界第一位。先后建成了大庆、胜利、辽河、塔里木等若干个大型石油生产基地，2006年原油产量1.85亿吨，实现稳步增长，列世界第五位。天然气产量迅速提高，从1980年的143亿m3提高到2006年的586亿m3。商品化可再生能源量在一次能源结构中的比例逐步提高。我国电力发展迅速，装机容量和发电量分别达到6.22亿kW和2.87万亿kW·h，均列世界第二位。能源综合运输体系发展较快，运输能力显著增强，建设了西煤东运铁路专线及港口码头，形成了北油南运管网，建成了西气东输大干线，实现了西电东送和区域电网互联。

2.能源节约效果显著

1980—2006年，中国能源消费以年均5.6%的增长支撑了国民经济年均9.8%的增长。按2005年不变价格，万元国内生产总值能源消耗由1980年的3.39t标准煤下降到2006年的1.21t标准煤，年均节能率3.9%，扭转了近年来单位国内生产总值能源消耗上升的势头。能源加工、转换、储运和终端利用综合效率为33%，比1980年提高8个百分点。单位产品能耗明显下降，其中钢、水泥、大型合成氨等产品的综合能耗及供电煤耗与国际先进水平的差距不断缩小。

3.能源消费结构有所优化

中国能源消费已经位居世界第二。2006年，我国一次能源消费总量为24.6亿吨标准煤。中国政府高度重视优化能源消费结构，煤炭在一次能源消费中的比重由1980年的72.2%下降到2006年的69.4%，其他能源的比重由27.8%上升到30.6%，其中可再生能源和核电的比重由4.0%提高到7.2%，石油和天然气也有所增长。终端能源消费结构优化趋势明显，煤炭能源转化为电能的比重由20.7%提高到49.6%，商品能源和清洁能源在居民生活用能中的比重明显提高。

4.能源科技水平迅速提高

中国能源科技取得显著成就，以“陆相成油理论与应用”为标志的基础研究成果，极大地促进了石油地质科技理论的发展。石油天然气工业已经形成了比较完整的勘探开发技术体系，特别是复杂区块勘探开发、提高油田采收率等技术在国际上处于领先地位。煤炭工业建成一批具有国际先进水平的大型矿井，重点煤矿采煤综合机械化程度显著提高。电力工业方面，先进发电技术和大容量高参数机组得到普遍应用，水电站设计、工程技术和设备制造等技术达到世界先进水平，核电初步具备百万千瓦级压水堆自主设计和工程建设能力，高温气冷堆、快中子增殖堆技术研发取得重大突破。烟气脱硫等污染治理、可再生能源开发利用技术迅速提高。正负500kV直流和750kV交流输电示范工程相继建成投运，正负800kV直流、1000kV交流特高压输电试验示范工程开始启动。

5.能源环境相得益彰

中国政府高度重视环境保护，加强环境保护已经成为基本国策，社会各界的环保意识普遍提高。1992年联合国环境与发展大会后，中国组织制定了《中国21世纪议程》，并综合运用法律、经济等手段全面加强环境保护，取得了积极进展。中国的能源政策也把减少和有效治理能源开发利用过程中引起的环境破坏、环境污染作为其主要内容。2006年，燃煤机组除尘设施安装率和废水排放达标率达到近100%，烟尘排放总量与1980年基本相当，单位电量烟尘排放减少了90%。2006年，全国建成并投入运行的脱硫火电机组装机容量达1.04亿kW，超过前10年的总和，装备脱硫设施的火电机组占火电总装机的比例由2000年的2%提高到30%。

6.市场环境逐步完善

中国能源市场环境逐步完善，能源工业改革稳步推进。能源企业重组取得突破，现代企业制度基本建立。投资主体实现多元化，能源投资快速增长，市场规模不断扩大。煤炭工业生产和流通基本实现了市场化。电力工业实现了政企分开、厂网分开，建立了监管机构。石油天然气工业基本实现了上下游、内外贸一体化。能源价格改革不断深化，价格机制不断完善。（三）我国能源面临的挑战

1.资源约束突出，能源效率偏低

中国优质能源资源相对不足，制约了供应能力的提高；能源资源分布不均，也增加了持续稳定供应的难度；经济增长方式粗放、能源结构不合理、能源技术装备水平低和管理水平相对落后，导致单位国内生产总值能耗和主要耗能产品能耗高于主要能源消费国家的平均水平，进一步加剧了能源供需矛盾。单纯依靠增加能源供应，难以满足持续增长的消费需求。

2.能源消费以煤为主，环境压力加大

煤炭是中国的主要能源，以煤为主的能源结构在未来相当长时期内难以改变。相对落后的煤炭生产方式和消费方式，加大了环境保护的压力。煤炭消费是造成煤烟型大气污染的主要原因，也是温室气体排放的主要来源。随着中国机动车保有量的迅速增加，部分城市大气污染已经变成煤烟与机动车尾气混合型，如果这种状况持续下去，将给生态环境带来更大的压力。

3.市场体系不完善，应急能力有待加强

中国能源市场体系有待完善，能源价格机制未能完全反映资源稀缺程度、供求关系和环境成本。能源资源勘探开发秩序有待进一步规范，能源监管体制尚待健全。我国煤矿生产安全问题比较多，电网结构不够合理，石油储备能力不足，有效应对能源供应中断和重大突发事件的预警应急体系有待进一步完善和加强。

三、可再生能源是人类社会的必然选择

20世纪70年代以来，可再生能源开发利用受到世界各国高度重视，许多国家将开发利用可再生能源作为能源战略的重要组成部分，提出了明确的可再生能源发展目标，制定了鼓励可再生能源发展的法律和优惠政策，可再生能源得到迅速发展，成为各类能源中增长最快的领域。我国于2006年1月1日开始实施《中华人民共和国可再生能源法》，对我国的可再生能源发展产生了十分巨大的影响。（一）我国可再生能源现状

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的能源资源，如水能、风能、太阳能、生物质能和海洋能等。可再生能源分布广泛，不存在资源枯竭问题，且对环境无害或危害极小，特别适合就地开发利用。

中国除了水能的可开发装机容量和年发电量均居世界首位之外，太阳能、风能和生物质能等各种可再生能源资源也都非常丰富。中国太阳能较丰富的区域占国土面积的2/3以上，年辐射量超过6000MJ/㎡，每年地表吸收的太阳能大约相当于1.7万亿吨标煤的能量；风能资源量约为32亿kW，初步估算可开发利用的风能资源约10亿kW，按德国、西班牙和丹麦等风电发展迅速的国家的经验进行类比分析，中国可供开发的风能资源量可能超过30亿kW；海洋能资源技术上可利用的资源量估计约为4亿～5亿kW；地热资源的远景储量为1353亿吨标煤，探明储量为31.6亿吨标煤；现有生物质能源包括：秸秆、薪柴、有机垃圾和工业有机废物等，资源总量达7亿吨标煤/年，通过品种改良和扩大种植，生物能的资源量可以在此水平再翻一番。总之，中国可再生能源资源丰富，具有大规模开发的资源条件和技术潜力，可以为未来社会和经济发展提供足够的能源，开发利用可再生能源大有可为。

2006年年底，中国可再生能源年利用量总计为2亿吨标煤（不包括传统方式利用的生物质能），约占中国一次能源消费总量的8%，比2005年上升了0.5个百分点，这为2010年可再生能源占全国一次性能源10%的目标迈出了坚实的一步。

随着越来越多的国家采取鼓励可再生能源的政策和措施，可再生能源的生产规模和使用范围正在不断扩大，2007年全球可再生能源发电能力达到了24万MW，比2004年增加了50%。

2007年至少有60多个国家制订了促进可持续能源发展的相关政策，欧盟已建立了到2020年实现可持续能源占所有能源20%的目标，而中国也确立了到2020年可再生能源占总能源的比重达到15%的目标。2007年，全球并网太阳能发电能力增加了52%，风能发电能力增加了28%。全球大约有5000万个家庭使用安放在屋顶的太阳能热水器获取热水，250万个家庭使用太阳能照明，2500万个家庭将沼气用于炊事和照明。

可再生能源比重的提升传递着“绿色经济”正在兴起的信息，2012年《京都议定书》到期后，新的温室气体减排机制将进一步促进绿色经济的全面发展。

根据我国中长期能源规划，在2020年之前，我国基本上可以依赖常规能源满足国民经济发展和人民生活水平提高的能源需要，到2020年，可再生能源的战略地位将日益突出，届时需要可再生能源提供数亿吨乃至十多亿吨标煤的能源。因此，我国发展可再生能源的战略目的将是最大限度地提高能源供给能力，改善能源结构，实现能源多样化，切实保障能源供应的安全。（二）我国发展可再生能源的意义

可再生能源是重要的能源资源，开发利用可再生能源具有以下重要意义：（1）开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经济发展和社会进步的基本保障。我国人口众多，人均能源消费水平低，能源需求增长压力大，能源供应与经济发展的矛盾十分突出。为了从根本上解决我国的能源问题，不断满足经济和社会发展的需要，保护环境，实现可持续发展，除大力提高能源效率外，加快开发利用可再生能源是重要的战略选择，也是落实科学发展观、建设资源节约型社会的基本要求。（2）开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。目前，我国环境污染问题突出，生态系统脆弱，大量开采和使用化石能源对环境影响很大，特别是我国能源消费结构中煤炭的比例偏高，二氧化碳排放增长较快，对气候变化影响较大。可再生能源清洁环保，开发利用过程不增加温室气体排放。开发利用可再生能源，对优化能源结构、保护环境、减排温室气体、应对气候变化具有十分重要的作用。（3）开发利用可再生能源是建设社会主义新农村的重要措施。农村是目前我国经济和社会发展最薄弱的地区，能源基础设施落后，全国还有约1150万人口没有电力供应，许多农村生活能源仍主要依靠秸秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。农村地区可再生能源资源丰富，加快可再生能源开发利用；一方面可以利用当地资源，因地制宜解决偏远地区电力供应和农村居民生活用能问题，另一方面可以将农村地区的生物质资源转换为商品能源，使可再生能源成为农村特色产业，有效延长农业产业链，提高农业效益，增加农民收入，改善农村环境，促进农村地区经济和社会的可持续发展。（4）开发利用可再生能源是开拓新的经济增长领域、促进经济转型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛，各地区都具有一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用当地的自然资源和人力资源，对促进地区经济发展具有重要意义。同时，可再生能源也是高新技术和新兴产业，快速发展的可再生能源已成为一个新的经济增长点，可以有效拉动装备制造等相关产业的发展，对调整产业结构，促进经济增长方式转变，扩大就业，推进经济和社会的可持续发展都有重大意义。（三）发展可再生能源是改善我国能源结构，保障能源安全的需要

由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源资源日趋枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。

根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，亦即2050年左右，世界石油资源将会开采殆尽，全球面临能源危机。目前美国、加拿大、日本、欧盟等都在积极开发如太阳能、风能、海洋能（包括潮汐能和波浪能）等可再生新能源，或者将注意力转向海底可燃冰（水合天然气）等新的化石能源。同时，氢气、甲醇等燃料作为汽油、柴油的替代品，也受到广泛关注。目前国内外研究的氢燃料电池电动汽车，就是此类能源中应用的典型代表。

作为世界最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国，能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的十分之一，仅次于美国，居世界第二位。中国又是一个以煤炭为主要能源的国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出。近年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为我国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。上个世纪90年代以来，我国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1993年起，我国由能源净出口国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增高，煤炭、电力、石油和天然气等能源都存在缺口，其中石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为我国能源安全所面临的最大难题。

2007年，我国能源消费总量达到26.5亿吨标煤，其中煤炭25.8亿吨（18.42亿吨标煤），占69.5%；原油3.4亿吨（4.85亿吨标煤），占18.3%；天然气673亿m3（0.9亿吨标煤），占3.4%，水电、核电及其他一次能源消费占7.5%。随着经济的持续快速增长，我国能源需求总量还将持续提高，预计2020年将达到35亿吨标煤，2030年将达到42亿吨标煤，2050年将达到50亿吨标煤。我国能源供应的突出问题是石油短缺，对外依存度较大。自1993年我国成为石油净进口国以来，对进口石油的依赖与日俱增，2001年我国对进口石油的依存度已达到34%，预计到2020年将达到50%，能源安全问题十分突出。尽管我国煤炭资源丰富，但是如果考虑开采水平、运输能力以及来自日益增长的环境等方面的制约，煤炭的供应量也不是无限的。而可再生能源不仅清洁，而且可以不断再生，通过一定的工艺技术，既可转换为电力，补充煤电的不足，还可以直接、间接地转换为液体燃料，如乙醇燃料、生物柴油和氢燃料，从而减轻对于石油的依赖，建立多元化的能源结构，提高能源供应安全。我国目前能源消费构成中煤炭占67%，比例过高，因此降低煤炭消费比例是调整能源结构的重要任务。由于我国石油天然气资源有限，要降低煤炭消费比例，只有通过增加可再生能源的使用量来实现。可见，可再生能源的开发利用可满足发电、供气、供热、制取液体燃料等多种需要，是替代煤炭、弥补油气供应不足和优化能源结构的重要选择。（四）人类社会迫切需要环境友好的可再生能源

我国是世界上最大的能源生产与消费国家之一，同时也是世界上温室气体排放最多的国家之一。1980年我国的二氧化碳排放量为美国的30.6%，到2004年上升为美国的79.6%，已经超过欧洲，成为仅次于美国的第二大二氧化碳排放源，而且增速全球第一。在二氧化碳排放问题上，国际社会对我国的压力越来越大。在气体减排成为全球环境保护和实现可持续发展重要主题的今天，作为一个经济快速发展的大国，中国努力降低化石能源在能源消费结构中的比重，减少温室气体排放量，对树立良好的国家形象是非常必要的。同时，能源的生产和消费也是我国大气环境污染物的主要来源，废气排放中约90%的二氧化硫和氮氧化物是能源生产和消费活动造成的。煤炭等化石能源的大量使用造成的环境污染已经严重威胁我国的经济发展和人民生命健康，特别是煤炭开采造成的生态破坏已十分严重，减缓煤炭消费增长是保护环境的重要措施。此外，中西部地区农村过度利用薪柴作为生活燃料，造成森林等植被破坏和水土流失，已经带来严重的全国性生态问题。开发清洁的可再生能源不但能增加能源供应，显著减轻环境污染，有效减少温室气体排放，而且可以利用小水电、沼气和生物质固体成型燃料等可再生能源技术来解决边远农村地区的生活燃料供应问题，保护生态环境。

第二节 农村可再生能源开发利用与低碳经济

一、我国农村开发利用可再生能源十分必要

我国有7.5亿人口生活在农村，受经济和技术水平的限制，仍有很多数农村地区依靠传统方式利用生物质能源。解决农村能源问题是全面建设社会主义新农村的必然要求，也是中国的一个特殊问题。我国政府坚持“因地制宜，多能互补，综合利用，注重实效”的原则，加强农村能源建设，充分利用小水电、风力和太阳能发电，改善农村生产生活用能条件，解决农村无电人口及偏远无电地区的用电问题。（一）开发利用可再生能源是建设社会主义新农村的需要

发展农村可再生能源不仅能够增加我国的能源供给，改善能源结构，保障国家能源安全和经济的可持续发展，而且对社会主义新农村建设具有重要的意义。

1.发展农村可再生能源有利于充分利用农村资源，优化农村产业结构，促进农村经济发展。

我国农村有着丰富的水能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等，然而长期以来这些丰富的自然资源未得到有效的开发和利用，悄无声息、年复一年地流失掉了。大量的农作物秸秆、牲畜粪便、生活垃圾或随意抛洒、堆放，或直接焚烧、填埋，造成了农村资源的严重流失、闲置和浪费。大力发展可再生能源，能够充分发掘农村资源的价值和潜力，增加经济效益，增强农村经济发展的后劲和可持续性。与此同时，可再生能源的开发和使用，还会直接推动农业产业结构乃至整个农村产业结构的调整和优化升级。如以沼气建设为切入点，各地根据自己的实际，因地制宜地发展生态农业。如北方推广“棚—猪—厕—沼”四位一体模式，南方推广“猪—沼—果”模式，可以此带动种植、养殖业的发展和农业经济的良性循环。使用粮食、油料作物和秸秆等生产酒精、柴油、沼气等，将大大增加对这些农作物籽实和秸秆的需求量，从而刺激生产，扩大种植比例和规模，使种植业内部结构和总体面貌得到改变。对农村能源作物进行深加工或转化，可以拉长农业产业链，拓宽农村生产经营领域，与此相关的农村第二、三产业必然会迅速发展壮大，加快农村产业结构的优化升级。

农村可再生资源取之不尽、用之不竭，其开发和利用对农村经济的作用是恒久的。发展农村可再生能源无疑给农村经济的发展注入了一股新的不竭的源流，它有助于实现“生产发展”这个新农村建设的首要目标和中心任务。

2.发展可再生能源可以方便和满足农村用能，提高边远地区人口的生活质量。

伴随着农村经济社会的发展，农民在生产和生活方面对能源的需求迅速增长，而在节能减排的大背景下，国家对农村能源的供给是有限的，不可能在短期内增加很多，用电难、买油难、烧火难的问题就越来越突出，使农村经济的发展和农民生活水平的提高受到制约。发展农村可再生能源，利用农村生活垃圾和农作物秸秆发电，利用人畜粪污制备沼气，利用水能、太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能等发电供热，既可就地取材，又能方便使用，可直接地、大量地、稳定地增加对农村能源供应，从根本上解决农村能源紧缺问题。

目前，全国范围内还有约1150万人没有电力供应。这些人口远离现代文明，所在地区绝大多数在我国的西部，属于“老少边穷”地区，基础设施落后，能源供应短缺，生活燃料仍然主要依靠传统生物质能源。薪柴的大量砍伐和直接燃烧导致了当地植被的严重破坏、生态恶化和生活环境的污染。同时，这些地区又是可再生能源资源的富集地区。因此，开发利用这些地区的可再生能源是解决其用电用能最有效的手段，是维护生态建设成果，改善农村生活环境的可靠方式。我国农村地区可再生资源丰富，加快可再生能源开发利用，一方面可以利用当地资源，因地制宜解决偏远地区电力供应和农村居民生活用能问题；另一方面可以将农村地区的生物质资源转换为商品能源，使可再生能源成为农村特色产业，有效延长农业产业链，提高农业效益，增加农民收入。

3.开发和利用农村可再生能源，有助于保护和改善农村生态环境，实现农村的可持续发展。

近些年，随着我国经济社会的发展，环境问题日益凸显。据统计，目前我国已有一半的河流被污染，有近3亿农村人口饮用水不合格；空气污染非常严重，酸雨区约占国土面积的1/3；土地荒漠化、水土流失日益严重，土壤涵养与肥力不断下降。特别是在农村，随地丢弃堆放垃圾、直接焚烧秸秆、大量低效使用化肥、任意排放人畜粪污、过量砍伐薪柴等，导致生态环境急剧恶化。原本青山绿水、蓝天白云的景致在许多乡村已难得一见，取而代之的是污水横流、臭气熏天、蚊蝇乱飞、烟尘弥漫的景象。于是水体、土地、空气严重污染，自然灾害频频肆虐，物种急剧减少，农作物减产降质，农村人居环境每况愈下，农民健康状况不断恶化。农村的脏、乱、差使农业生产和农民生活受到严重威胁，甚至有些地方因污染严重而危及村民的生存。大力开发和使用农村可再生能源，通过生物质能转化技术，可以使秸秆、落叶、垃圾、粪污等变“废”为宝，由此降低污染，洁净环境，保持农村的生态平衡。农村可再生能源开发和消费的扩大，还会使化石燃料的消耗相对减少，从而减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放，减轻能源消费给环境造成的污染。不仅如此，农村可再生能源的科学、综合开发，还可实现农村资源的循环使用、永续利用以及农村生态的持久平衡，这就为农村经济社会的可持续发展提供了基本保证。

4.发展农村可再生能源，能够推动农村基础设施建设，整治村容村貌，改善农村生产和生活条件，提高农民生活质量。

可再生能源的开发使用是一个系统的联动工程，它要求相应的水、路、管、厕、电网、通讯等基础设施与之配套，而这些基础设施的建设和改善，必将促进农业生产经营条件的改善和农民生活质量的提升，使村庄得以合理规划和布局，村容村貌更为整洁。农民不再为用油用电、做饭取暖发愁，不再为行路和用水犯难，不再因人畜混居、厨房漆黑、如厕不便而难堪，使农民借助四通八达的交通和广播、电视、互联网，感知外面的世界，了解和接触现代文明，接受市场经济的洗礼，告别祖祖辈辈“日出而作，日落而归”、自给自足、单调保守的生活方式。所以，发展农村可再生能源，必将促使农民生产和生活方式发生转变，使新农村建设呈现新气象、显现新面貌、展现新图景。（二）我国农村可再生能源发展潜力巨大

我国仅生物质资源作为能源利用约合5亿吨标准煤。从农村能源开发利用的主要原料分析，我国农村每年粮食种植产生秸秆6亿多吨，畜禽养殖产生的粪便30亿吨左右，其他农业废弃物超过1亿吨，有一定量的边际土地可适度发展能源作物，另外还有较为丰富的太阳能、风能和微水能资源。

1.普及农村沼气量大面广。按照《全国农村沼气工程建设规划（2006—2010年）》，全国每年新增户用沼气450万户以上，到“十一五”末，建设户用沼气4000万户，仅占适宜农户的30%。畜禽养殖场沼气工程还不成规模，联户沼气、农村沼气服务体系建设刚刚起步，沼气的综合效益远没有充分发挥。

2.秸秆能源利用潜力大。秸秆是宝贵的资源，具有燃料、饲料、肥料等多用途，按照统一规划、因地制宜、互为补充的原则，稳步推进秸秆气化、秸秆沼气、秸秆固化、秸秆液化、秸秆发电等能源利用。

3.炉灶（炕）省柴节煤空间大。我国已发展省柴节煤炉灶（炕）近2亿户，传统旧式烧柴灶的热效率在10%以下，燃煤炉灶仅为18%左右，新型柴灶的热效率可达到20%～30%，煤灶可达到30%～40%。节能炕与传统大炕相比，可节柴40%，北方每户可年节约采暖标准煤1200～1500kg。近年来出现的户用高效低排放生物质炉灶的热效率又有很大幅度提高。

4.能源作物发展前景好。在保障国家粮食安全的前提下，利用荒山荒丘、滩涂、盐碱地等不宜生产粮食作物的土地资源和冬闲田适度发展非粮能源作物，可实行能源替代，增加农民收入，拓展农业功能。

二、开发利用可再生能源是农村实现低碳经济的重要内容（一）低碳经济是社会经济发展方式转变的客观要求

所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展低碳经济，一方面是积极承担环境保护责任，完成国家节能降耗指标的要求；另一方面是调整经济结构，提高能源利用效益，发展新兴工业，建设生态文明。这是摒弃以往先污染后治理、先低端后高端、先粗放后集约的发展模式的现实途径，是实现经济发展与资源环境保护双赢的必然选择。

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。它是国际社会应对人类大量消耗化石能源、大量排放二氧化碳（CO2）和二氧化硫（SO2）引起全球气候灾害性变化而提出的能源品种新概念，实质是解决提高能源利用效率和清洁能源结构问题，核心是能源技术创新和人类生存发展观念的根本性转变。低碳经济定义的延伸还含有降低重化工业比重，提高现代服务业权重的产业结构调整升级的内容；其宗旨是发展以低能耗、低污染、低排放为基本特征的经济，降低经济发展对生态系统中碳循环的影响，实现经济活动中人为排放二氧化碳与自然界吸收二氧化碳的动态平衡，维持地球生物圈的碳元素平衡，减缓气候变暖的进程，保护臭氧层使其不致蚀缺。广义的低碳技术除包括对核、水、风、太阳能的开发利用之外，还涵盖生物质能、煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发、二氧化碳捕获与埋存等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术，它涉及电力、交通、建筑、冶金、化工、石化、汽车等多个产业部门。“低碳经济”提出的大背景，是全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断地为人们所认识，不仅是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，大气中二氧化碳（CO2）浓度升高带来的全球气候变化已是不争的事实。

在此背景下，“碳足迹”“低碳经济”“低碳技术”“低碳发展”“低碳生活方式”“低碳社会”“低碳城市”“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生。而能源与经济以至价值观实行大变革的结果，可能将为逐步迈向生态文明走出一条新路，即摈弃20世纪的传统增长模式，直接应用新世纪的创新技术与创新机制，通过低碳经济模式与低碳生活方式，实现社会可持续发展。（二）发展低碳经济是我国发展战略的重大调整

从“九五”我国提出转变增长方式以来，虽然单位GDp的资源、能源消耗强度和废弃物排放强度有了较大程度的降低，但资源利用效率低、环境污染重、粗放式发展等问题还相当严重。大力发展循环经济和低碳经济，是我国主动调整发展战略的必然选择。

1.发展低碳经济是我国迈向绿色发展的必由之路

虽然中央早已提出科学的发展观和正确的政绩观，但一些地方仍以资源高消耗和环境重污染来换取一时的经济增长，还把GDp作为发展的全部，以廉价卖资源或补贴低价出口换取GDp。如果这样继续下去，即使我们口袋里的钱多了，但生存的环境恶化了，空气变脏了，水变黑了，就与发展本意背离了，也不是中央要求的科学发展。发展低碳经济更多的是转变发展方式，减轻单位GDp的资源量和环境代价，把提高人的物质和精神生活作为发展目标，既要重视资源的经济价值，也要重视其生态价值、精神价值和社会价值，通过向自然资源投资来恢复和扩大资源存量，运用生态学原理设计工艺与产业流程来提高资源利用效率，通过宣传引导来改变消费习惯，使发展的成果更好地为人民所共享。

2.发展低碳经济是优化产业结构的重要途径

在目前我国产业结构中，工业比重偏高，低能耗的服务业比重偏低。而在工业结构中，高碳的重化工业占工业的比重在70%左右。我国处于快速工业化和城市化阶段，大规模的基础设施建设需要钢材、水泥、电力等的供应保证，这些“高碳”产业既是我国新一轮经济增长的带动产业，也无法通过国际市场满足国内的巨大需求，即这些产业的发展有其合理性。但以此为理由，千方百计地推进重化工业的发展，我国的资源支撑不了，环境容纳不了，更何况还要给子孙留有足够的资源和空间。因此，通过发展低碳经济，提高资源、能源的利用效率，降低经济的碳强度，已经成为提高我国国际竞争力、应对气候变化的必然要求，也是促进我国经济结构和工业结构优化升级的重要途径。

3.发展低碳经济是我国优化能源结构的应有措施

虽然我国能源结构在不断优化，但一次能源生产的2/3仍然是煤炭，燃煤发电约占电力结构的80%。煤多、油少、气不足的资源条件，决定了我国在未来相当长的一段时间内煤炭仍将是主要的一次能源。煤炭属于“高碳”能源，我国也没有廉价利用国际石油、天然气等“低碳”能源的条件；资源和能源密集型产品的大量出口，又增加了我国单位GDp的碳强度。在《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的约束下，二氧化碳等温室气体排放权成为发展的资源；气候变化国际谈判中减排指标的确定和分解实际上也是在争夺排放权这一发展空间。因此，发展低碳经济，提高可再生能源比重，可以有效避免一次能源以煤为主的弊端，降低能源消费的碳排放。

4.发展低碳经济是依靠技术进步和创新支撑跨越式发展的可能路径

我国技术水平参差不齐，研发和创新能力有限，这是我们不得不面对的现实，也是我国由“高碳”经济向“低碳”转型的最大挑战。尽管《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》要求发达国家向发展中国家转让技术，但这些年的执行情况并不乐观。改革开放以来我国的“市场换技术”政策，虽然汽车等技术含量高的产品市场被外国公司占领，但并没有得到多少核心技术和知识产权。“拿钱买不到核心技术”、我国要自主开发技术等，已经成为有识之士的共识。发展低碳能源技术、二氧化碳收集储存技术研发等已纳入我国“973计划”“863计划”等科技支撑计划。发达国家在这些技术上起步不久，我国的差距并不大。近年来，我国可再生能源开发利用产业呈快速发展之势，如果我国加大投入，大力发展低碳经济，就可以实现这个领域的跨越式发展。

5.发展低碳经济是我国开展国际合作、参与国际“游戏规则”的途径

虽然我国的工业化享有全球化、制度安排、产业结构、技术革命等后发优势，但我们不得不接受发达国家主导的国际秩序和规则，不得不在国际分工体系中处于“微笑利润曲线”下端，不得不在资本和技术上处于依附地位，甚至被发达国家转移的资源密集型、污染密集型和劳动力密集型的产业“锁定”。发展低碳经济，不仅可以与发达国家共同开发相关技术，还可以直接参与新的国际游戏规则的讨论和制定，以利于我国的中长期发展和长治久安。

总之，从能源资源条件、发展阶段、产业结构和技术水平，以及可能面临的减排国际压力等角度考虑，我国都要大力发展循环经济和低碳经济，并成为我们立足当前寻突破、着眼长远上水平的重大战略选择，更成为引领未来经济社会可持续发展的战略方向。

在2010年“两会”上，生态环保、可持续发展成为“两会”的主题，全国政协“一号提案”的内容就是谈低碳环保。温家宝总理的政府工作报告中指出：“国际金融危机正在催生新的科技革命和产业革命。发展战略性新兴产业，抢占经济科技制高点，决定国家的未来，必须抓住机遇，明确重点，有所作为。要大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息网络和高端制造产业。”同时指出要打好节能减排攻坚战和持久战，要大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源建设。这些都为2010年中国经济发展的“低碳之路”指明了方向。（三）大力发展可再生能源是我国农村实现低碳经济的重要工作

低碳经济的核心内容是新能源革命，我国目前新能源产业正处于产业投入期。整个新能源革命包括三个部分：一是能源提供方式，核心是发展新能源，主要包括风能、太阳能、生物质能和核能的开发利用；二是能源运输方式，核心是发展智能电网；三是能源消费方式，核心是节能，主要包括新能源汽车、建筑节能和电子节能等。从内容上看，以上三个部分均和可再生能源利用相关，比如智能电网中的分布式发电就涉及利用可再生能源发电方面。

2007年9月4日，国家发展和改革委员会公布了《可再生能源中长期发展规划》，其指导思想是促进资源节约型、环境友好型社会和社会主义新农村建设，把发展可再生能源作为全面建设小康社会和实现可持续发展的重大战略举措，加快水能、风能、太阳能和生物质能的开发利用，促进技术进步，增强市场竞争力，不断提高可再生能源在能源消费中的比重。我国《可再生能源中长期发展规划》的具体发展目标是：①充分利用水电、沼气、太阳能热利用和地热能等技术成熟、经济性好的可再生能源，加快推进风力发电、生物质发电、太阳能发电的产业化发展，提高优质清洁可再生能源在能源结构中的比例，力争到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%，到2020年达到15%；②利用可再生能源解决偏远地区无电人口的供电问题和农村生活燃料短缺问题，并使生态环境得到有效保护，推行有机废物的能源化利用，基本消除有机废弃物造成的环境污染；③积极推进可再生能源新技术的产业化发展，建立可再生能源技术创新体系，形成较完整的可再生能源产业体系，到2010年，基本实现以国内制造设备为主的装备能力，到2020年，形成以自有知识产权为主的国内可再生能源装备能力。

解读《可再生能源中长期发展规划》，不难看出国家对农村发展可再生能源的重视。其中强调可再生能源的发展随着规模化程度的提高，其在能源供应中的比重也要相应提高；同时强调发展循环经济和建设资源节约型、环境友好型社会的重要性，要重视与环境和生态保护的协调，不得破坏生态环境；强调通过经济激励政策，支持采用可再生能源技术解决农村能源短缺和无电问题。这些基本要素可以说是为我国广大农村地区发展可再生能源，实现低碳经济指明了方向。

参考文献

［1］韩文科.中国能源问题研究.北京：中国环境科学出版社，2008.

［2］周东.绿色能源.北京：人民邮电出版社，2010.

［3］杜祥琬，黄其励，汪燮卿，等.中国可再生能源发展战略研究丛书（综合卷）.北京：中国电力出版社，2008.

［4］贾振航.新农村可再生能源实用技术手册.北京：化学工业出版社，2009.

［5］胡明辅，李淑兰.人类社会将跨入可再生能源时代.能源开发与利用科技学术论文集.北京：原子能出版社，2006.

［6］国家发展和改革委员会能源研究所.能源问题研究文集.北京：中国环境科学出版社，2009.第二章太阳能热利用技术与应用（1）

第一节 太阳能资源

一、太阳及太阳辐射（一）太阳和太阳辐射的基本知识

太阳是离地球最近的一颗恒星，其直径大约为1.39×106km，质量大约为2.2×1027t。太阳是一个巨大的炽热气体球，主要由氢（80%）和氦（19%）组成，它的内部不断进行核聚变反应，从而释放出巨大的能量。在核聚变反应时，1g氢变为氦时其质量将减少7.2mg。按目前的核聚变反应速度估算，太阳内储存的氢足够使其维持数百亿年。

太阳内部的温度高达1500万℃，而其表面温度大约为6000℃。平时人们肉眼所见到的太阳圆轮其实是太阳的表面，称为“光球”，太阳能的绝大部分是由此光球发射出来的。光球以电磁波的形式向宇宙空间辐射能量，总称为太阳辐射。太阳辐射的总功率为3.8×1026W，但由于日-地距离极远，太阳与地球之间的平均距离约为1.5亿km，地球大气上界只能接收到其中的二十亿分之一。而太阳光经过大气层的吸收和散射，最后到达地面的太阳辐射强度又将减少一半。

由于地球绕着自己的地轴不断地自西向东自转，使得地球表面上向阳的半球是白天，背阳的半球是黑夜，产生了昼夜交替的现象。地球又围绕太阳公转，其轨道平面与地球赤道面成23°27′交角，故在地球表面上太阳直射点的位置在北纬23°27′和南纬23°27′之间来回移动，从而产生四季交替的现象。太阳与地球之间的距离很远，地球上面对太阳的一点与太阳轮廓相连的两根切线的夹角只有约32′，故在地球上太阳光线可近似看作平行光线。太阳与地球之间的距离不是一个常数，地球大气层上界的太阳辐射强度随日地距离的变化而变化。然而，日地间距在一年中的变化值与日地平均距离相比数值很小，以致地球大气层外的太阳辐射强度变化不大。因此，人们常用“太阳常数”来描述大气层上界的太阳辐射强度。太阳常数是指在日地平均距离处，地球大气层外垂直于太阳光线的平面上，单位面积、单位时间内所接收到的太阳辐射能。世界气象组织建议太阳常数取1367W/m2。

太阳表面的温度高达6000℃，向外发射连续光谱，即发射的光是由连续变化的不同波长的光混合而成的。人们肉眼可见的是太阳光中的可见光谱，其波长范围为380～780nm。可见光中波长较长的部分是红光，波长较短的部分是紫光，中间各色光按照橙、黄、绿、青、蓝排列次序，可见光只占太阳光谱中很窄的波段。波长比红光更长的光叫做红外线，波长比紫光更短的光叫做紫外线。

整个太阳光谱波长范围是非常宽广的，但辐射能的大小按照波长却是不均匀的，其中辐射能量最大的区域在可见光部分，在波长460nm附近。太阳辐射能从最大处向长波方向减弱较慢，向短波方向减弱较快，在波长200～3000nm这一波段的能量占太阳辐射的全部能量的95%以上。

当太阳光由外太空进入地球大气层后，部分太阳光将被大气层中的各种成分（空气分子、尘埃、水滴和冰晶等）吸收和散射。因此，太阳光抵达地面时，其辐射能光谱分布会发生很大的变化。（二）地球表面的太阳辐射

影响地面太阳辐射能的因素很多，但地球上某处采光面上所截获的太阳辐射能量的大小主要取决于以下几个因素：①太阳对地球上某处在某时刻的相对位置；②太阳能接收表面的方位和倾角；③太阳辐射进入大气层的衰减。此外，日照时间、日地距离、海拔高度、地形等对太阳辐射能也有一定程度的影响。

1.太阳位置的确定

以地面上的某处作为参考点，太阳的位置是由太阳与地球之间的相对时空关系决定的，通常用太阳高度角和方位角来确定。太阳高度角αs和方位角γs的示意图，太阳高度角和方位角的大小主要与地理纬度、时角和赤纬角有关。

太阳高度角αs是太阳直射光线与通过观测点的水平面之间的夹角，可由下式计算：

sinαs=sinsinδ+coscosδcosω （2-1）

式中，αs为太阳高度角（大于或等于0）；为观测点的地理纬度，北半球为正，南半球为负；ω为观测点某时刻的太阳时角。规定太阳时角上午为正，下午为负，正午时（即太阳正南方向）为0°，ω值等于离正午的小时数乘以15°；δ为某日的太阳赤纬角，一年内太阳赤纬角在+23°27′～-23°27′的范围内变化，可由下式计算：

δ=23.45sin（360×284+n—365） （2-2）

式中，n为从1月1日起算的天数。

太阳方位角γs是太阳直射光线在观测点地平面上的投影与地平面正南方向之间的夹角，可由下式计算：

sinγs=sinωcosδ—cosαs （2-3）

或

cosγs=sinαssin-sinδ—cosαscos （2-4）

太阳方位角以南偏东为正，南偏西为负。

由太阳高度角和方位角的定义可知：在任何地区，一天当中太阳在正午时太阳高度角最大，而在出没地平线时太阳高度角为0°；太阳在上、下午的位置以正午为对称点，如上、下午离正午的小时数相同，则两者的太阳高度角相同，而太阳方位角的数值相同但符号相反。

由于太阳升起和降落时太阳高度角均为0°，故某地某日的太阳出

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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