劉虹 張清源

(1.國家發(fā)展改革委能源研究所，北京 100038;2.首都師范大學(xué)附中，北京 100037)

1 前言

本世紀初，白光半導(dǎo)體照明光源誕生，標志著人類一個新的綠色環(huán)保照明新時代的開始，我國作為世界上最大的光源生產(chǎn)國和消費國，半導(dǎo)體照明技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，必將對今后我國照明市場的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。本文基于未來半導(dǎo)體照明新技術(shù)發(fā)展，就其對我未來照明用電的影響進行了多情景的定量預(yù)測分析。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)基準與基本假設(shè)

本文只限于半導(dǎo)體在通用照明領(lǐng)域的節(jié)能分析，并以2005年為基準年，2050為期末年。2005年我國照明用電及照明產(chǎn)品提供光照服務(wù)的基本情況，是根據(jù)2005年我國照明用電和照明產(chǎn)品使用的調(diào)查數(shù)據(jù)［1］計算得出。照明產(chǎn)品的年光照輸出量用式(1)計算。

式中 I——所有光源的年光照輸出量 (lm·h/y);

i——光源種類，共有n種光源被各類照明場合使用;

Vi——i類光源保有量;

Wiave——i類光源平均功率 (W);

Ei——i類光源平均光效 (lm/W);

Hi——i類光源平均每天燃點時間。

本文根據(jù)未來照明技術(shù)的自然發(fā)展和照明市場的發(fā)展變化，設(shè)定了5個情景，其中1個參考情景和4個半導(dǎo)體照明發(fā)展情景。參考情景假設(shè)傳統(tǒng)照明燈具依然較長時間存在，但結(jié)構(gòu)趨于優(yōu)化，高效照明產(chǎn)品逐步替代低效產(chǎn)品，半導(dǎo)體照明隨市場自然發(fā)展，無國家特殊政策支持，到2050年，半導(dǎo)體通用照明量 (這里照明量特指光源發(fā)出的光照流明量)約占全部照明總量的比例為10%，而其他四種半導(dǎo)體發(fā)展情景則假設(shè)這一比例分別為30%、50%、60%、80%(見表1)。

表1 未來半導(dǎo)體通用照明光效發(fā)展路徑假設(shè)

2.2 照明需求量預(yù)測方法

本文在分析預(yù)測未來照明需求量時，對不同照明場合和照明品質(zhì)進行分類考慮，照明場合分為城市住宅，農(nóng)村住宅，商業(yè)建筑，工業(yè)建設(shè)，公共場合及其他場合;照明品質(zhì)按光源品種顯色指數(shù)的不同分為高、中、低三類。同時依據(jù)已有的我國未來建筑物發(fā)展規(guī)模預(yù)測研究結(jié)果，按標準照度分別推算出未來不同類型照明場合的照明需求量及照明需求品質(zhì)結(jié)構(gòu)［1］。

2.3 照明用電量預(yù)測方法

在已知未來某年份的照明需求量的基礎(chǔ)上，已知該年份的各類照明光源照明量的比例，照明用電量用式 (2)計算。

式中 Lj、yi和 Pi——分別表示某一年第 j種顯色性的流明需求分量、對應(yīng)的照明產(chǎn)品供應(yīng)結(jié)構(gòu)中第i種光源產(chǎn)品的發(fā)光效率、第i種光源對流明需求的貢獻比例 (市場供應(yīng)份額比例)。流明需求按顯色性分高中低三種，不同顯色需求的流明需求分量由n種光源產(chǎn)品提供，光源品種結(jié)構(gòu)在各流明需求分量區(qū)間各有不同。

2.4 照明節(jié)能潛力的計算

不同情景之間照明用電量之差反映了不同情景下相對的節(jié)能潛力，4種不同半導(dǎo)體發(fā)展情景相對參考情景的差值，體現(xiàn)了不同的半導(dǎo)體發(fā)展情景所擁有節(jié)能潛力。

3 研究結(jié)果

3.1 照明需求預(yù)測

預(yù)測結(jié)果顯示:全國照明總需求量從2005年16007萬億lm·h增加到2050年的44487萬億 lm·h，2005—2050年平均增長速度約為4.3%。2030年照明需求量是2005年的2.3倍，2050年是2005年的2.8倍 (見圖1，表2)。

圖1 2005—2050年全國建筑照明需求增長趨勢與光品質(zhì)構(gòu)成

表2 2005—2050年全國建筑照明需求預(yù)測結(jié)果及部門構(gòu)成 單位:萬億lm·h

3.2 照明用電情景預(yù)測結(jié)果

圖2顯示的是2005年至2050年間三個不同情景的照明用電發(fā)展走勢，不同情景下照明用電高低體現(xiàn)了情景間節(jié)電潛力的大小。2050年半導(dǎo)體照明滲透30%、50%、60%、80% 四種發(fā)展情景相對參考情景的節(jié)電潛力分別為1172.3億kWh和1658.1億kWh，2070億kWh、2668億kWh，各情景相對參考情景的節(jié)電率分別為20%、29%、39%、51%。

圖2 各情景下全國照明用電量發(fā)展趨勢

表3 各情景相對基礎(chǔ)情景的節(jié)電率

4 結(jié)論

LED照明技術(shù)將成為未來照明節(jié)電領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，無疑會對中國未來照明市場和照明用電產(chǎn)生重大影響，研究結(jié)果表明:

(1)2050年我國照明總量需求將在2005年的基礎(chǔ)上增加約2倍左右，通過國家大力推行長期性的照明節(jié)電計劃，2050年的我國照明用電總量預(yù)計將達到5408.85億度左右，相對2005年用量翻了一番，照明用電峰值可能出現(xiàn)在2045年前后，最大用電量將不超過6000億度。

(2)通過采用LED新型高效光源，我國照明用電的效率得到提高，2050年相對2005年，在照明服務(wù)需求增加2倍的基礎(chǔ)上，電力需求只需增加1倍，照明電力需求彈性系數(shù)可保持在0.5左右，節(jié)電效益明顯。

(3)通過設(shè)定LED照明發(fā)展的不同情景，比較發(fā)現(xiàn):我國照明領(lǐng)域到2030年和2050年分別擁有超過1000億度和2000億度左右的節(jié)電潛力。

［1］陳良惠，劉虹．中國工程院．中國能源中長期能源發(fā)展 (2030—2050)戰(zhàn)略研究節(jié)能專題——照明節(jié)能分報告，2010，7．

［2］劉虹，沈天行．“LED進入普通照明市場的預(yù)測及照明節(jié)電分析”．照明工程學(xué)報，2005，3．

［3］沈天行，劉虹． “我國照明需求量未來發(fā)展趨勢分析”．照明工程學(xué)報，2005，1．

［4］Arthur D．Little．Inc．“Energy savings Potential of Solid State Lighting in General Lighting Application”，Report for U.S.Department of Energy，April 2001．

［5］Hilary Graves． “What if White light LEDs can produce more than 150 Lumen/Watt by 2020?Implications for UK energy use and CO2emissions”BRE Environment，Garston，Watford，WD259XX，UK．

［6］Stephen Johnson.“LEDs—An Overview of the State of the Art in Technology and Application”Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory，University of California，March 2002．

［7］Navigant Consulting．Inc．“USLighting Market Characterization”Report of US Department of Energy”September 2002．

［8］“Diffusion Theory in Marketing:Ahistorical Perspective”Frank M Bass 1999．

［9］官建成．技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)擴散．北京:北京航空航天大學(xué)出版社．

［10］國家發(fā)展和改革委員會．半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見，2009，4．