▲楊溯(左一)和Martin Wild

▲1960~2015年，氣溶膠排放、太陽(yáng)能能力因子和大氣污染治理政策帶來(lái)的變化

治理空氣污染，不僅會(huì)改善環(huán)境質(zhì)量，還會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)大氣與氣候科學(xué)學(xué)院Martin Wild教授課題組的Bart Sweerts及同事分析了中國(guó)119個(gè)觀測(cè)站在1960年至2015年間的地面太陽(yáng)輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，由于空氣污染，中國(guó)的太陽(yáng)能潛力在1960年至2015年間平均下降了11%～15%。如果地面太陽(yáng)輻射恢復(fù)至上世紀(jì)60年代水平，中國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電能力將增長(zhǎng)12%至13%。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然—能源》雜志。

“這一發(fā)現(xiàn)清楚地表明了空氣污染將會(huì)怎樣阻礙太陽(yáng)能的發(fā)展，同時(shí)也為空氣質(zhì)量恢復(fù)至上世紀(jì)60年代良好水平提供了一個(gè)充足的理由。”論文第一作者Bart Sweerts告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

太陽(yáng)輻射與空氣污染相關(guān)

“我們做這一研究的初衷就是為了告訴大家，治理空氣污染不僅可以改善空氣質(zhì)量，也能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。”論文作者之一、中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心高級(jí)工程師楊溯告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

他告訴記者，這項(xiàng)研究是他和Sweerts在蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)Wild課題組訪學(xué)期間共同完成的工作成果。對(duì)于空氣污染和太陽(yáng)輻射的關(guān)系，他在讀博期間就已開(kāi)始關(guān)注。

而Sweerts告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，中國(guó)的太陽(yáng)能裝機(jī)容量位居全球第一，而且未來(lái)還有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。另外，中國(guó)的屋頂分布式太陽(yáng)能電站近年來(lái)也發(fā)展迅速。與之相伴的是，在中國(guó)高密度人口地區(qū)，空氣污染情況非常嚴(yán)重。種種因素，使得研究空氣污染和太陽(yáng)能之間的關(guān)系成為主要課題之一，也引起了他的關(guān)注。

過(guò)去20年里，全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)張。從2000年到2017年，世界范圍內(nèi)太陽(yáng)能裝機(jī)容量從4吉瓦增長(zhǎng)到了385吉瓦，不斷超出人們的預(yù)期。中國(guó)對(duì)于太陽(yáng)能光伏的投資同樣巨大，裝機(jī)容量從2010年的1吉瓦發(fā)展到2017年底的130吉瓦。截至2017年，中國(guó)已經(jīng)占據(jù)了全球新增裝機(jī)容量的一半多，并超過(guò)了原計(jì)劃2020年實(shí)現(xiàn)110吉瓦的目標(biāo)，正在向2030年裝機(jī)容量400吉瓦的目標(biāo)邁進(jìn)。中國(guó)政府希望借此可以早日落實(shí)其在《巴黎協(xié)定》中所作出的承諾， 讓20%的電力來(lái)自可再生能源成為現(xiàn)實(shí)。

而這項(xiàng)研究之所以確定空氣污染對(duì)于太陽(yáng)能生產(chǎn)有直接影響，則起源于楊溯此前和同事所做的一個(gè)成果。

楊溯告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，長(zhǎng)期以來(lái)，太陽(yáng)輻射都被認(rèn)為是恒定不變的，然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明，過(guò)去60年里，太陽(yáng)輻射發(fā)生了顯著的變化。

楊溯和合作伙伴基于我國(guó)119個(gè)地面觀測(cè)站的太陽(yáng)總輻射、云量等長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了地面太陽(yáng)輻射(SSR)變化特征及云在不同時(shí)期對(duì)SSR的影響。結(jié)果顯示，1958～2016年間我國(guó)SSR經(jīng)歷了先下降后上升的變化過(guò)程，其中1958～2005年SSR顯著下降(“變暗”)，2005年～2016年后SSR開(kāi)始上升(“變亮”)。而這與中國(guó)積極主動(dòng)地采取措施減少空氣污染，特別是消除作為主要來(lái)源的燃煤對(duì)空氣的影響息息相關(guān)。

治理空氣污染的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

Sweerts等人發(fā)現(xiàn)，過(guò)去60年，太陽(yáng)輻射的減少嚴(yán)重影響了太陽(yáng)能的生產(chǎn)。而且，這一影響還隨著中國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日益增加。如果分別以1961年～1965年(基準(zhǔn)值)及2011年～2015年(變暗期)這兩個(gè)階段作為參考標(biāo)準(zhǔn)，那么到2030年中國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)量最高將達(dá)到422吉瓦，最低則是300吉瓦，其中分布式太陽(yáng)能光伏所占比重也將由45%下降到20%，差距不可謂不大。

他們的研究表明，由于空氣污染，中國(guó)的“光電潛力”在1960年至2015年期間平均下降了11%～15%。如果太陽(yáng)光照強(qiáng)度恢復(fù)至上世紀(jì)60年代水平，到2030年中國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電則將增長(zhǎng)12%至13%，即新增發(fā)電510億～740億千瓦時(shí)。“而這一‘電力紅利’將會(huì)使中國(guó)公共事業(yè)部門(mén)多獲利47億美元到67億美元。”Sweerts說(shuō)。

他以2016年的中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電為例。如果按照當(dāng)年的裝機(jī)容量，在太陽(yáng)光照強(qiáng)度恢復(fù)至上世紀(jì)60年代水平的情況下，將會(huì)新增140億千瓦時(shí)的“電力紅利”，即19億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。與之相對(duì)應(yīng)的是，以基準(zhǔn)值作為參照，局部受影響最為嚴(yán)重的地區(qū)太陽(yáng)能能力因子下降了20%～28% 。

基于這樣的研究，中國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)應(yīng)該注意什么問(wèn)題呢?對(duì)此，Sweerts表示，目前中國(guó)已然進(jìn)入了正確的發(fā)展軌道，即在大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，采取有效手段治理空氣污染。“雖然對(duì)于未來(lái)作出預(yù)測(cè)是很困難的一件事，但鑒于中國(guó)目前在這兩方面都取得了很大的成功，我們期待未來(lái)還會(huì)如此發(fā)展，并取得可預(yù)期的收獲。”Sweerts說(shuō)。

下一個(gè)研究目標(biāo)

在進(jìn)行這項(xiàng)研究的過(guò)程中，Sweerts和楊溯發(fā)現(xiàn)，西藏和青海這兩個(gè)中國(guó)人口密度較小且工業(yè)企業(yè)較少的地方同樣出現(xiàn)了太陽(yáng)能能力因子下降的現(xiàn)象。因此，接下來(lái)，他們可能會(huì)繼續(xù)進(jìn)行太陽(yáng)輻射“變暗”和低風(fēng)速之間相關(guān)關(guān)系的研究，因?yàn)檫@一因素也會(huì)影響太陽(yáng)能生產(chǎn)的穩(wěn)定性及總體產(chǎn)能。

除此之外，“下一個(gè)研究對(duì)象可能是印度。”Sweerts告訴記者。在他看來(lái)，無(wú)論是就所處的太陽(yáng)能發(fā)展階段還是空氣污染現(xiàn)狀而言，印度和中國(guó)都有很多相似性。

對(duì)于Sweerts和楊溯等人的研究成果，中國(guó)氣象科學(xué)研究院研究員張華認(rèn)為，其主要價(jià)值在于能把當(dāng)前對(duì)地表太陽(yáng)輻射變化趨勢(shì)研究的科學(xué)成果轉(zhuǎn)化為對(duì)中國(guó)太陽(yáng)能可利用的能力。“這是中國(guó)綠色能源利用的一部分，也是中國(guó)政府和相關(guān)企業(yè)非常關(guān)心的問(wèn)題。”張華說(shuō)。

不過(guò)，她同時(shí)指出，目前該研究結(jié)論的前提是把中國(guó)地區(qū)地表太陽(yáng)輻射自上世紀(jì)60年代以來(lái)的變化趨勢(shì)歸因?yàn)槿藶?燃煤)氣溶膠排放，但實(shí)際上這個(gè)原因還有很多不確定性，例如云的變化是否在其中起了很大的影響。

“即便如此，該論文仍然為中國(guó)的太陽(yáng)能利用提供了非常有價(jià)值的參考。”張華說(shuō)。