第1章 緒論

1.1 開發利用太陽能的重要意義

1.1.1 化石燃料正面臨逐漸枯竭的危機局面

隨著世界人口的持續增長和經濟的不斷發展，對于能源供應的需求量日益增加，而在目前的能源消費結構中，主要還是依賴煤炭、石油和天然氣等化石燃料。

美國能源信息署（Energy Information Administration，EIA）于2021年10月發表的International Energy Outlook 2021對2050年前的國際能源市場進行了預測，全球一次能源消費量在2020年為601.5×1015Btu，2025年將增加到667.5×1015Btu，2050年將達到886.3×1015Btu，增幅近50%，平均年增長率1.3%。到2050年，全球化石能源在能源消費結構中所占份額仍然高于3/4。根據報告附表 A1 參考情況統計和預測，2020—2050年世界部分國家和地區一次能源消費量如表1-1所示。

2021年全球一次能源需求漲幅5.8%，創史上最大增幅，其增量主要由可再生能源貢獻。能源結構逐步從以煤炭為主轉向以更低碳能源為主，但石油仍然是全球最重要的燃料，占全球一次能源消費的30.9%，煤炭為第二大燃料，占26.9%，天然氣占24.4%，可再生能源消費占6.7%。可再生能源發電量增加了近 17%，在過去兩年中占全球發電量增量的一半以上。以風能和太陽能為主導的可再生能源繼續強勁增長，目前占總發電量的13%。2021年世界部分國家一次能源消費結構如表1-2所示。

預計到2050年，全球煤炭消耗趨于穩定，份額逐漸下降；石油消費量逐年增加，仍占據能源消費的主要份額；天然氣消費預期將增長 31%，所占份額略有下降；可再生能源消費倍增，份額預計從2020年的15%增長到2050年的27%。圖1-1為全球一次能源消費結構和占比預測。

我國能源消費結構不斷改善，2021年煤炭占一次能源消費總量的比重為56.0%，石油占18.5%，天然氣占8.9%，水電、核電、風電等非化石能源占16.6%。與十年前相比，煤炭占能源消費比重下降了14.2%，水電、核電、風電等非化石能源比重提高了8.2%。2021年煤炭產量41.3億噸，消費量42.3億噸。石油產量1.99億噸，消費量7.2億噸。天然氣產量2075.8億立方米，消費量3690億立方米。

據統計，截至2020年年底，全球石油儲量為2444億噸，儲采比53.5，主要集中在中東和美洲地區。石油儲量前5強是委內瑞拉、沙特阿拉伯、伊朗、加拿大和伊拉克，5國總儲量1488.9億噸，占全球儲量的63%。中國石油儲量為35億噸，位列全球第13位，儲采比為18.2。2021年全球石油產量約44.23億噸，同比增長1.3%。

全球天然氣儲量達到188.1萬億立方米，儲采比48.8，主要集中在中東、東歐地區。天然氣儲量前5強是俄羅斯、伊朗、卡塔爾、美國和土庫曼斯坦，5國總儲量129.2萬億立方米，占全球儲量的63%。中國天然氣儲量為8.4萬億立方米，位列全球第6位，儲采比為43.3。

能源領域中污染最嚴重的煤炭儲量情況稍微樂觀一些，全球已探明的煤炭儲量為1.07萬億噸，儲采比139。煤炭儲量前5強是美國、俄羅斯、澳大利亞、中國、印度，5國總儲量占全球總儲量的76%。美國煤炭儲采比超過500，俄羅斯達407。中國煤炭已探明儲量在全球排行前列，但是儲采比遠遠低于其他國家，僅為37。世界煤炭消費3個大國分別是中國、美國和印度，合計占世界消費總量的70%以上，中國大約占54%。

能源消費不斷增長的情況正面臨挑戰，地球上化石燃料的蘊藏量是有限的。據世界衛生組織估計，到2060年全球人口將達100億～110億，如果到時所有人的能源消費量都達到今天發達國家的人均水平，則地球上主要的35種礦物中，將有1/3在40年內消耗殆盡，包括所有的石油、天然氣、煤炭（假設為2萬億噸）和鈾，所以世界化石燃料的供應正面臨嚴重短缺的危機局面。

為了應對化石燃料逐漸短缺的嚴重局面，必須逐步改變能源消費結構，大力開發以太陽能為代表的可再生能源，在能源供應領域走可持續發展的道路，才能保證經濟的繁榮發展和人類社會的不斷進步。