構(gòu)建太陽能電網(wǎng)干預(yù)氣候的可行性初探

李 歐 （貴州大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

0 前言

自工業(yè)革命以來，人類大量開采和使用化石能源，對地球環(huán)境造成了極大破壞，水能的使用一定程度上對河流流域內(nèi)生態(tài)產(chǎn)生影響，核能的使用存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)能的隨機(jī)性對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有一定沖擊，作者從利用太陽能電網(wǎng)干預(yù)（調(diào)節(jié)）氣候的角度對這些問題進(jìn)行可行性探析。

1 蝴蝶效應(yīng)的啟示

蒂姆·富蘭納瑞說，地球的氣候在千百年中究竟是如何變化的，哪怕是最細(xì)微的氣候不平衡，也會造成多么深遠(yuǎn)和令人意外的后果，從颶風(fēng)到熱浪，每一個氣候現(xiàn)象都不能孤立地看待[1]。從樓蘭古國的消失到毛烏素沙漠的形成，就是人類不斷改變生態(tài)，生態(tài)變化又引起氣候變化，相互促進(jìn)的結(jié)果。單獨(dú)孤立的一座太陽能發(fā)電站或許對局部地區(qū)氣候影響有限，但如果將大量分布于不同地域（地點(diǎn)）的太陽能電站進(jìn)行組網(wǎng)，科學(xué)調(diào)度、偕同工作、系統(tǒng)放大干預(yù)大氣運(yùn)動，就可能產(chǎn)生“蝴蝶效應(yīng)”，讓不同地域（地點(diǎn)）的氣候向著有利于地球環(huán)境和人類生存的方向改善。

2 太陽能電網(wǎng)干預(yù)（預(yù)調(diào)微調(diào)）氣候帶來的效益

人類目前使用能源（能量）的總量僅相當(dāng)于太陽輻射到地球上能量的很少一部分，如果能較大規(guī)模的收集和利用太陽能，就可以大幅減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，從而減少溫室氣體和有害氣體排放、減少霧霾、酸雨的發(fā)生、減少因全球變暖而頻發(fā)的極端氣候事件，減緩冰川融化等地球生態(tài)惡化現(xiàn)象，降低人類因能源供給緊張而使用核能產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少人為改變自然河流運(yùn)動規(guī)律而導(dǎo)致的流域生態(tài)等問題，人類可持續(xù)發(fā)展道路就越走越穩(wěn)。

3 構(gòu)建全球太陽能電網(wǎng)系統(tǒng)干預(yù)（預(yù)調(diào)微調(diào)）地域氣候的總體構(gòu)想

利用全球分布的太陽能發(fā)電設(shè)施（電站）將到達(dá)地球表面的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，改變不同地點(diǎn)（地域）的地表氣溫和氣壓（本質(zhì)上是到達(dá)地球上能量在地球表面的重分布），組網(wǎng)集成偕同調(diào)度，利用系統(tǒng)放大效應(yīng)（蝴蝶效應(yīng)），共同對地球大氣運(yùn)動進(jìn)行干預(yù)，改變不同地域（地點(diǎn)）可能或正在發(fā)生的天氣事件（地表降水的時(shí)間和空間分布等），從而向著有利于地球環(huán)境和人類生存方向改善。

3.1 基礎(chǔ)條件

①空間條件：地球表面有大量的沙漠、荒漠，大量的人工構(gòu)筑物（建筑、公路），大面積的水域（海洋），大量的廢棄礦區(qū)等，均可建設(shè)太陽能設(shè)施。

全球分布的大量太陽能發(fā)電設(shè)施組網(wǎng)運(yùn)行，可以有效減輕因晝夜交替，天氣變化（陰晴），南北半球季節(jié)更替等產(chǎn)生的電網(wǎng)波動，可以少建甚至不建儲能設(shè)施，最大限度減少孤立太陽能發(fā)電站的各種弊端，使電網(wǎng)運(yùn)行更加持續(xù)、穩(wěn)定、高效。

②技術(shù)條件：現(xiàn)代信息采集和傳輸技術(shù)可以隨時(shí)、持續(xù)獲取全球范圍內(nèi)大量不同地點(diǎn)（地域）的大量氣象信息（數(shù)據(jù)）?，F(xiàn)代氣象科學(xué)的發(fā)展可以更精準(zhǔn)的預(yù)測和闡明不同地域（地點(diǎn)）未來或正在發(fā)生的氣候事件產(chǎn)生的因素和可行的干預(yù)（預(yù)調(diào)微調(diào)）方式方法，生態(tài)科學(xué)和環(huán)境科學(xué)可以為正向干預(yù)確定方向。大型計(jì)算設(shè)施和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以快速生成干預(yù)（預(yù)調(diào)微調(diào)）的最佳方案?，F(xiàn)代制造業(yè)可以提供整個電網(wǎng)需要的各種硬件設(shè)備，智能電網(wǎng)管理系統(tǒng)可以保證整個電網(wǎng)各個電站電能上網(wǎng)、電力傳輸、使用分配等環(huán)節(jié)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

③內(nèi)在動力：傳統(tǒng)石化能源的開采和使用對地球環(huán)境和人類生存環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，人類開發(fā)和利用核能過程中，出現(xiàn)的多起安全事故引起的恐懼和焦慮，本質(zhì)上講化石能源和核能使用就是對地球表面原有熱量（溫度）平衡的改變，是額外增加的能量，對全球變暖有一定的推動作用。水電站對河流流域內(nèi)生態(tài)的影響，風(fēng)力發(fā)電的波動性和隨機(jī)性對電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的沖擊。世界范圍內(nèi)越來越多的國家和民眾對氣候變化問題逐漸形成的共識，以及由中國提出，并被聯(lián)合國確立的“人類命運(yùn)共同體理論”等都構(gòu)成了探索綠色、可持續(xù)發(fā)展途徑的強(qiáng)大內(nèi)在動力。

3.2 運(yùn)行構(gòu)想

3.2.1 目標(biāo)設(shè)定

①減輕未來可能發(fā)生且有巨大危害的極端天氣。例如通過改變局部地區(qū)的氣溫和氣壓干預(yù)、誘導(dǎo)颶風(fēng)運(yùn)行線路，使其偏離可能對人類生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失的登陸地點(diǎn)和路線；干預(yù)誘導(dǎo)大量持續(xù)降雨地區(qū)的范圍，以減少洪澇災(zāi)害。

②通過改變局部地區(qū)的溫度，干預(yù)誘導(dǎo)大氣運(yùn)動（富水云層）線路，實(shí)現(xiàn)空中調(diào)水（天河工程），起到減澇救旱作用。尤其在我國，南北降雨分布不均衡，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展造成一定制約，空中調(diào)水一定程度上可以改善降雨分布不平衡問題。

③干預(yù)降雨分布，逐漸改善生態(tài)環(huán)境，例如我國部分地區(qū)因干旱缺水，造成草原退化和荒漠化等問題得以解決。

④干預(yù)大氣運(yùn)行線路，增強(qiáng)重霧霾天氣城市大氣擴(kuò)散條件等。

⑤為人類經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供持續(xù)、綠色的能源供給。

3.2.2 運(yùn)行方式

利用現(xiàn)代氣象知識和技術(shù)手段，預(yù)測和跟蹤未來一段時(shí)間內(nèi)，地球大氣運(yùn)動可能在不同地點(diǎn)（地域）發(fā)生的氣象事件及影響因素。利用大數(shù)據(jù)平臺及時(shí)生成“目標(biāo)天氣”的最優(yōu)太陽能電網(wǎng)干預(yù)方案，智能指令網(wǎng)內(nèi)所有發(fā)電設(shè)施偕同工作，持續(xù)跟蹤，不斷優(yōu)化調(diào)整，不斷趨近目標(biāo)效果。

4 構(gòu)建全球太陽能系統(tǒng)微調(diào)局部氣候的途徑

在發(fā)展初期，建設(shè)相當(dāng)數(shù)量和規(guī)模的太陽能發(fā)電設(shè)施（電站），并局部組網(wǎng)，隨著認(rèn)識的不斷深入和技術(shù)進(jìn)步，積累大量數(shù)據(jù)后開始大面積組網(wǎng)，在世界各國對人類共同命運(yùn)體理念認(rèn)識成熟后，進(jìn)行相鄰國家間組網(wǎng)，逐步實(shí)現(xiàn)洲際間的大跨度范圍內(nèi)組網(wǎng)，最終建成統(tǒng)一的指令生成中心（調(diào)度中心）。

5 現(xiàn)階段存在的問題

①太陽能發(fā)電設(shè)施（設(shè)備）的能量轉(zhuǎn)化率偏低。

②太陽能發(fā)電設(shè)施運(yùn)行對局部地點(diǎn)（地域）氣溫、氣壓影響的關(guān)聯(lián)性研究深度不足。

③對太陽能電網(wǎng)所產(chǎn)生的“蝴蝶效應(yīng)”的研究還不夠深入，干預(yù)（預(yù)調(diào)微調(diào)）的有效性、有限性研究不足。

④各類數(shù)據(jù)的大量積累還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，氣象數(shù)據(jù)采集設(shè)備的密度還不夠。

⑤人類對可持續(xù)發(fā)展，人類命運(yùn)共同體等理念還未被所有國家和民眾接受（如美國等退出巴黎氣候協(xié)定）。

⑥在建設(shè)全球太陽能智能電網(wǎng)中的投入和運(yùn)行后的效益（電力供應(yīng)、生態(tài)改善）分配等問題需要逐步形成共識。

6 建議

①在國家層面成立一個跨學(xué)科的研究機(jī)構(gòu)對該構(gòu)想進(jìn)行深入研究，編制可行性報(bào)告和長遠(yuǎn)規(guī)劃，指導(dǎo)電網(wǎng)分步驟、分階段實(shí)施。

②該電網(wǎng)在初期經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益還不能充分發(fā)揮出來，需要國家初期扶持。

③利用聯(lián)合國有關(guān)機(jī)構(gòu)和其他國際組織，進(jìn)行宣傳、推介，廣泛凝聚共識，為全球范圍內(nèi)建設(shè)和組網(wǎng)的進(jìn)行，鋪平道路。