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全球變暖與我們人類生活息息相關。自1880年以來，全球年平均地表溫度每十年平均上升0.13華氏度。1981年以后這一比例翻了一倍多，近年來更是日益嚴重。此現象帶來的后果極為嚴重，冰川消融海平面上升，自然生態系統被破壞，既危害自然生態系統的平衡，更威脅人類的食物供應和居住環境。因此越來越多的國家開始專注于探究全球變暖的原因和控制方式。其中溫室氣體(能夠吸收地面反射的長波輻射并重新發射輻射的氣體)是造成全球變暖的主要因素，而溫室氣體中以二氧化碳占比最高，可達74.4%(數據源于Climate Watch)。30年來，全球的年碳排放量已增加了近75%(如圖1所示)，因此緩解全球氣候危機的主要途徑就是減少二氧化碳的排放量，即碳減排。
圖1 1990-2020年全球能源相關二氧化碳排放變化(數據來源于IEA)
一、發展太陽能實現能源結構調整
在未來發電能源結構規劃中，傳統煤電技術由于伴隨著大量廢渣和二氧化碳的排放，占比逐年下降(可低于20%)，而非化石能源在發電中的占比會逐漸升高，故研究利用太陽能發電對未來發電能源結構的調整以及碳減排的實現具有舉足輕重的作用。
圖2 未來發電能源結構變化趨勢(數據參考來源： 國家發展改革委、國家能源局《能源生產和消費革命戰略(2016-2030)》、《能源發展十三五規劃》、《電力發展十三五規劃》、《國民經濟和社會發展統計公報》、《全國電力工業統計數據》)
二、太陽能利用方式
可再生能源既不排放污染物、也不排放溫室氣體，是天然的綠色能源。大力推進可再生能源利用，不斷優化和調整能源結構是建設清潔低碳社會、實現能源可持續發展的必然選擇。
在眾多可再生能源中，太陽能因其普遍性高、非常清潔、總量大、可利用時間長等優點，而成為了目前的研究重點。其主要利用方式包括光-熱轉換、光-電轉換和光-化學轉換等三種，其中光熱轉換通過簡單的集熱器即可將光能轉化為與人類生產活動息息相關的熱能，進而實現發電、房屋供暖、生活熱水、工業生產等，對碳減排具有重要意義。
基于此，本文主要以太陽能發電和太陽能供暖為例，簡單介紹太陽能光熱轉換和利用系統中熱利用原理及其對碳減排的意義。
1、塔式太陽能發電系統
圖3： 塔式太陽能發電系統原理
塔式太陽能發電系統中，太陽光經定日鏡聚光后，可對吸熱器中的換熱流體進行加熱，加熱后的熱流體流經蒸汽發生器產生高溫蒸汽，進而推動汽輪機做功實現發電。此種發電系統由于容易達到較高的工作溫度、方法簡捷有效、具有較高的光熱轉換效率，因此具有巨大的發展潛力。
2、槽式太陽能供暖(制冷)系統
圖4：槽式供暖(制冷)系統原理
槽式供暖(制冷)系統中，太陽能經槽式集熱器轉變熱能，之后通過導熱油與水的換熱作用將熱能儲存于儲熱水箱中。在寒冷季節，儲熱水箱中的熱水流經地板輻射供暖系統，將熱量釋放后回到儲熱水箱，實現房屋供暖。在炎熱季節，儲熱水箱中的熱水將用于驅動溴化鋰制冷機組工作，實現室內溫度調節。根據IEA提供數據，全球總用熱量中建筑用熱占比例約為46%，因此開發清潔的太陽能供暖(制冷)系統將有助于減少建筑用熱的直接碳排放，為碳減排的實現提供助力。
總之，在助力碳減排的各類技術中，太陽能光熱轉換和利用技術意義非凡。另外也倡議大家從身邊的小事做起，如隨手關燈、綠色出行等，為促進碳減排貢獻一份力量。
作者：中北大學教授 劉漢濤
原標題：劉漢濤：太陽能光熱利用原理及其碳減排意義
