摘 要：对能源消耗形势及国内城市照明行业的影响一些统计分析，强调发展和应用可再生能源照明产品的重要性和迫切性。描述和总结当前可再生能源（主要是太阳能和风能）在城市照明方面的最新应用。展望可再生能源在未来城市照明中的应用前景，分析现存问题，探讨解决问题的方向。
关键词：能源危机 可再生能源 太阳能 风能 光伏电源 方法步骤
一、能源危机和可再生能源
能源问题由来以久，人类的文明进步史，也就是一部不断突破限制、争取和利用新能源的科技发展史。
全球能源百年来消耗平均每年呈3%指数增加。尽管许多工业化国家能源消耗基本趋于稳定，但大多数发展中国家工业化进程加快，能耗不断增加，因此预计全球未来能源消耗态势仍将以3%的速度增长。中国既是人口大国，也是能源消费大国，据统计2006年能源消费增长超过8%,各种能源消费占世界能源消费总量的15%.
能耗平均呈指数增长趋势所带来的后果是十分严重：一方面伴随着化石燃料消耗的增加，大气中CO2的含量相应增加，地球不断变暖，生态环境恶化，自然灾害及其造成的损失逐年增加，另一方面将愈来愈快地消耗掉常规化石能源储量。有数据表明，世界化石燃料耗尽时间从现在开始只有几十年的时间。
表1 我国能源剩余资源探明储量和可开发年限
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资源种类
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煤炭
(亿吨) |
石油
(亿吨) |
天然气
(亿M3) |
水力
(GW装机) |
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探明可
开采储量 |
1145
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32.736
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11704
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353
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可开采年限
(预测-保守) |
54-81年
(1.4%-1996) |
15-20年
(2.5%-1996) |
28-58年
(5%-1996) |
38-104年
(5%-1996) |
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可开采到
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2050-2077
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2011-2016
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2024-2054
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2034-2100
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近年来，我国经济不断升温，能源问题愈来愈成为制约我们更好更快发展的瓶颈。改革开放三十年来，伴随我国城市化进程的不断深入，城市照明事业突飞猛进，城市照明主要消耗电能，而电能现阶段主要依赖煤炭（东部发达地区尤为明显）。每逢冬夏用电高峰期，或遇到突发事件，首当其冲影响的就是城市照明用电。2008年春节前夕发生的覆盖南方十五省的突发雪灾，江苏省虽不是受灾最严重的地区，但以扬州市为例，最紧张的时期，电煤储量仅达警戒水平的四分之一，全市所有半夜灯和大部分亮化被迫停电。城市照明是面向社会的公益事业，除却社会效益，仅从经济效益方面考虑，如果正常运行，每年的电费超支问题也给各级政府财政带来沉重负担。还是以扬州市为例，2006年扬州仅市区城市照明电费就达1600万元，2007年更高达2200万元。
针对城市用电紧张的问题，国家建设部、发改委和各级城建部门已多次发文要求加强城市照明管理，节约用电。强调城市照明应向“高效、节能、环保、健康”的方向发展，并提倡建设“绿色照明工程”.
能源的潜在危机和生态环境的恶化迫使我们积极开发可再生能源。而受不断频发的“油荒、煤荒、电荒”的困扰，更多有识之士大声疾呼在加强能源战略储备的同时，加强可替代能源和新能源的研究与应用。专家预测，在下世纪50年代，新能源与可再生能源在整个能源构成中会占到50%.世界范围内的新能源革命正方兴未艾，而欧美和日本等发达国家走在了新能源技术和产品研发的前列。
二、太阳能及照明应用
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。
表3 我国各地区的太阳能资源及分布
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类型
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地区
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年日照时数
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年辐射总量
千卡/cm2·年 |
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1
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西藏西部、新疆东南部、青海西部、甘肃西部
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2800-3300
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160-200
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2
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西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏南部、甘肃中部、内蒙古、山西北部、河北西北部
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3000-3200
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140-160
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3
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新疆北部、甘肃东南部、山西南部、陕西北部、河北东南部、山东、河南、吉林、辽宁、云南、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部
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2200-3000
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120-140
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4
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湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江
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1400-2200
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100-120
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5
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四川、贵州
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1000-1400
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80-100
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中国目前已成为世界利用太阳能节能环保第一大国，累计替代常规能源达二亿吨标准煤，炭减排能力达二亿。到2003年底，我国太阳能电池的年生产能力已经超过50MWp,组件的年封装能力达到100MWp.同时，我国已经是世界上最大的庭园灯等光伏消费品生产国。
国家发改委提出：实施促进太阳能建筑一体化和光伏屋顶发电系统推广的“绿色屋顶”计划。在2006-2020年期间推广光伏屋顶发电系统，总功率预计达到8GWp.
太阳能利用方式主要有热利用和光电利用两种，我国太阳能并网发电水平与世界先进水平相比还有相当差距。与世界太阳能光伏产业的发展相比，中国太阳能光伏产业规模小、基础薄弱，应用市场还不够稳定。同时还缺乏长期稳定的激励政策和长效发展机制，光伏系统和相关部件的产品质量和技术水平还有待进一步提高、光伏发电成本还需不断降低。因此，对太阳能光伏产业而言，还有大量工作需要去完成。
目前我国太阳能光伏产业同国外相比还有很大差距，主要表现在以下几个方面：
1）生产规模小。我国几个太阳能电池组件厂的实际生产能力约为0.4~0.6MWp/年，生产的规模化程度比国外5-20MWp生产规模低一个多数量级；
2）技术水平较低。电池效率平均在10-13%,比国外平均低两个百分点；封装水平和质量同国外有一定差距；
3）专用原材料国产化程度不高。专用材料如银浆、封装玻璃、EVA等曾列入国家“八五”攻关计划，并取得一定成果，但性能有待进一步改进，部分材料仍然采用进口品；
4）成本高。目前我国电池组件成本约35元/Wp（4.2美元/Wp），平均售价44元/Wp（5.3美元/Wp），成本和售价都高于国外产品。
电池技术是太阳能光伏产业的核心，美国、日本、德国的高效电池效率达到20%以上。值得重视的是非晶硅薄膜电池这个新兴行业，非晶硅1瓦电的制造成本大概是多晶硅的30%.由于非晶硅有低成本的特点，所以一瓦电池可能会更接近1元人民币钱的成本，更接近欧洲、日本的火电上网电价。随着产能的扩大，产品转换率的进一步提高，它的制造成本还会进一步降低。上网电价也会进一步的下降。再通过3年、5年乃至再长一点的时间，薄膜电池的发电成本、上网电价一定可以达到目前中国的上网电价的水平。当然非晶硅薄膜电池也有其致命伤，就是其转换效率普遍较低，国内一般在5%-6%之间。
国内许多城市先后开展了太阳能照明方面的试点，无锡在交通信号灯方面应用广泛，全市2000多个公共交通警示灯、警示桩已基本使用太阳能技术，一些交通标志牌和信号灯也开始使用太阳能。太阳能的草坪灯也异彩纷呈。扬州在市区各开放式公园、运河风光带，沿河绿化带内安装了太阳能庭园灯、草坪灯，首批近50套太阳能路灯还在城北平山堂东路进行了实施，但受限于光效、成本和管理控制各方面的原因，太阳能照明还未能形成规模。
三、风能、风光互补系统及照明应用
风力发电作为一种新兴的，正在快速发展的能源类型正在被广泛地开发，全球每年风电增长率超过20%,以能源高度信赖进口的德国为例，近两年德国风力发电增长44%,风力发电能力高达两万兆瓦，年发电量达300亿度，可满足数百万个家庭的电力需求。
我国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW,其中可开发利用的风能资源储量为2.53 亿kW.
东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200W/㎡的等值线平行于海岸线；沿海岛屿有效风能密度在300W/㎡ 以上，全年中风速大于或等于3m/秒的时数约为7000~8000h ,大于或等于6m/秒的时数为4000h.
新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富地区，有效风能密度为200~300W/㎡ ,全年中风速大于或等于3m/秒的时数为5000h 以上，全年中风速大于或等于6m/秒的时数为3000h以上。
黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好，有效风能密度为200W/㎡ 以上，全年中风速大于和等于3m/秒的时数为5000h ,全年中风速大于和等于6m/秒的时数为3000h .
青藏高原北部有效风能密度在150~220W/㎡之间， 全年风速大于和等于3m/秒的时数为4000~5000h,全年风速大于和等于6m/秒的时数为3000h ;但青藏高原海拔高、空气密度小，所以有效风能密度也较低。
云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江，为风能资源贫乏地区，有效风能密度在50W/㎡以下，全年中风速大于和等于3m/秒的时数在2000h以下，全年中风速大于和等于6m/秒的时数在150h 以下，风能潜力很低。
以往，风能发电仅在我国西北及边远无电地区得到应用，而随着环保和生态的呼声渐高，越来越多的地方政府，尤其是人口稠密的经济发达地区对此产生了兴趣。
近年来，上海崇明县加大投入力度，加强探索和示范，推广可再生能源的利用。在“科技”的支撑下，风能、太阳能等正在成为生态岛建设的“新能源”……
广州市政工程设计院曾向生物岛建设指挥部提交风光互补路灯设计方案。在环岛公路的8公里路上，采用风光互补路灯，即通过在路灯上设计太阳能发电设施和风能发电设施，然后将所发的电用蓄电池储存，晚上供应给路灯照明。
太阳能与风能在时间和地域上有很强互补性，白天太阳光最强时，风很小，晚上光照很弱，但风能加强。晴天时，光照强，阴雨天时，风能又很大，利用这种互补性，就可以设立独立电源系统，为路灯供电。据了解，宁波、长沙、深圳等地已经出现这种路灯，照明和节能效果不错。同时由于不用铺电缆，没有输电线路，路灯维护成本比传统路灯低，在防盗方面因没电缆，含铜量不如传统路灯，加之灯柱又高，被盗可能性比传统路灯降低。
四、迎接新能源革命的挑战 把握城市照明行业发展新机遇
对于城市照明行业来说，可再生能源产品（风光互补路灯）的推广应用既是挑战，也是机遇。光伏置换装置和LED照明产品的有机结合，已被市场证明有着广阔的发展前景，并已涌现出一批技术力量超群，实力雄厚的明星企业。
近年来兴起的太阳能光伏建筑集成技术颇受瞩目。太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。国际能源组织（IEA）于1991年和1997年相继两次起动建筑光伏集成计划，计划的实施对建筑光伏集成起了重要开拓和推动作用，1997年6月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”,2010年完成。该计划旨在加速和促进美国光伏产业的快速发展，把发电成本降到6美分/kWh以下，起到减排CO2、增加社会就业、保持和加强美国光伏产业在世界的领先地位和支配地位的作用。
欧洲宣布了“百万屋顶计划”,于2010年完成。 日本政府在1997财政年度计划安装9400套4kW的屋顶光伏系统，总计37MW,是上一个财政年度的6倍，是日本1996年生产太阳能电池组件的2倍，是全世界1996年光伏组件生产总量的41%.日本政府的计划目标是，到2010年安装5000MW屋顶光伏发电系统。德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于98年10月份提出了一个光伏工业20年来最庞大的计划，即在6年内安装10万套光伏屋顶系统，总容量在300-500MW,总费用约9.18亿马克。
而对于城市照明行业，未来完全可以和建筑照明集成，在市政建设规划阶段就形成预案，无论是居住小区还是商业用房，统筹安排，彻底解决目前进行小区建设照明工程与其它配套相互衔接和进行城市亮化工程无法容身，相互扯皮的难题。
目前利用可再生能源在城市照明方面的应用，主要有以下几个障碍：认识不足，因循守旧；动力不足，没有政策支持；成本高，产品性价比低，市场推广有难度；工程建设和管理的脱节，产权归属不一致。
针对以上不足，建议可以从以下途径着手，改善新产品新技术的应用环境，打破落后保守思维惯性：
1.宏观环境方面：政府部门制定政策和宏观规划，政策予以倾斜，财政给予补贴，大力进行环保节能宣传，确保社会管理措施跟上；
2.着眼长远发展，做好前期可再生能源资源普查、需求分析、认证、环境监测等工作；
3.加大科技投入，集中力量进行关键技术难点攻关和新能源照明产品的研发，并尽快形成市场规模。
4.各使用单位进一步提高认识，制订本部门的实施规划，做好建设和后期维护的衔接，实行全寿命管理。
水木孕育了农牧文明，煤、铁、石油促成了工业文明。新世纪，新格局，面对新的世界范围内的能源危机，人类也一定能充分运用自己的聪明智慧研究可替代能源，开发新能源，踏上保障其生存和可持续发展的“阳光大道”.
参考文献
1中国的能源状况与政策白皮书（2007.12）
2中国光伏产业发展研究报告（2004.10）
3中国新能源与可再生能源1999白皮书