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化石能(neng)(neng)源堪稱全(quan)球變暖的元兇，個中危害早(zao)已人盡皆知(zhi)。但關鍵問題(ti)是，被視為氣候變化解決(jue)方案的可再生能(neng)(neng)源，能(neng)(neng)否足(zu)以(yi)頂替前者在全(quan)球電力(li)供應上的角(jiao)色。

近(jin)日，在一場主題為“替(ti)代能(neng)(neng)源：驅動(dong)未來的潛能(neng)(neng)”對話(hua)活動(dong)上，阿爾伯塔大(da)學校長(chang)杜(du)文(wen)彬(David H.Turpin)在會(hui)后接受記者專訪時表達了(le)相似關切(qie)：“我認為全球所有國家都面臨著(zhu)同(tong)一種(zhong)挑戰，即如何在滿(man)足公眾能(neng)(neng)源需求的同(tong)時做(zuo)到可持續發展。”

國際能(neng)(neng)源署預測，到2035年前中國人均(jun)(jun)能(neng)(neng)源消耗量將超過歐盟，到2040年前中國家庭(ting)的(de)(de)平均(jun)(jun)用電量將達到目(mu)前的(de)(de)兩倍。可再(zai)生能(neng)(neng)源能(neng)(neng)否滿足巨大(da)的(de)(de)全天候供電需(xu)求?

清潔能源是大勢所趨

根據研究公司彭博新能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)財經的(de)(de)(de)報告，盡管轉(zhuan)型速率不(bu)(bu)同，但(dan)全球各地區(qu)都(dou)在向(xiang)清潔能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)方向(xiang)發展。從2010年(nian)以來，全球可再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)翻了(le)兩番達(da)到1650吉(ji)瓦，比美(mei)國(guo)的(de)(de)(de)所有發電廠加起(qi)來還多。到2050年(nian)，歐洲發電能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)來源(yuan)(yuan)中(zhong)92%都(dou)將(jiang)為清潔能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)，化石能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)幾乎(hu)不(bu)(bu)見(jian)蹤(zong)影(ying)，而(er)印度與中(zhong)國(guo)兩大金(jin)磚國(guo)家(jia)的(de)(de)(de)這(zhe)一占比將(jiang)分別為63%和(he)62%，美(mei)國(guo)則只有43%。

不過(guo)，發(fa)展中(zhong)國家(jia)往往仍需要碳密集型投資或項目以減少貧困。這(zhe)一(yi)客觀(guan)發(fa)展規律意(yi)味著，還處在工業化進程中(zhong)的國家(jia)碳排放(fang)還未到頂，也并(bing)不會自然(ran)而(er)然(ran)地(di)下降。在世(shi)界的發(fa)展中(zhong)地(di)區，煤(mei)炭仍然(ran)占能源(yuan)消費主導地(di)位，未來(lai)25年(nian)預計印度尼西亞燃煤(mei)發(fa)電(dian)量將(jiang)增加(jia)近一(yi)倍。

好在(zai)全球對可再生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)持續投資有利于加速扭轉這(zhe)一局面。根據彭博新能(neng)源(yuan)財經(jing)、聯(lian)合國(guo)環境署和(he)(he)法蘭克(ke)福財經(jing)管理大學的(de)(de)(de)報告，僅2018年的(de)(de)(de)這(zhe)一投資就達(da)到(dao)了近2730億美(mei)元，是燃煤和(he)(he)天然氣發電預計開支(zhi)的(de)(de)(de)三倍。在(zai)大力推進下(xia)，中國(guo)與印度的(de)(de)(de)煤電發電量將分別在(zai)2027年和(he)(he)2028年達(da)到(dao)頂峰，到(dao)2050年，太陽(yang)能(neng)、風(feng)能(neng)和(he)(he)水(shui)力發電在(zai)這(zhe)兩國(guo)的(de)(de)(de)市(shi)場份額將超過60%。

清華大學低碳能(neng)源(yuan)實(shi)驗室主任、教授李政就此話題對記者表示：“發(fa)展中國家仍然處在較低的(de)生活標準(zhun)下(xia)，因此發(fa)展應是其(qi)優先點。老(lao)實(shi)說，你不能(neng)期待它(ta)們(men)從一(yi)開始(shi)(shi)就完全使用可(ke)(ke)再生能(neng)源(yuan)，因為這不可(ke)(ke)能(neng)奏效(xiao)。他們(men)可(ke)(ke)以(yi)從一(yi)些可(ke)(ke)承(cheng)擔(dan)的(de)經濟選擇開始(shi)(shi)，而這在初始(shi)(shi)階段只(zhi)能(neng)是碳密集(ji)的(de)。不過，我(wo)們(men)可(ke)(ke)以(yi)展望的(de)未來圖(tu)景是，當它(ta)們(men)充分發(fa)展之后(hou)，大部分能(neng)源(yuan)體(ti)系都是綠色低碳的(de)，這是我(wo)們(men)可(ke)(ke)以(yi)追求(qiu)的(de)方(fang)向。”

杜文彬(bin)補充介紹稱：“(國(guo)際能源署)至2040年(nian)的(de)(de)預測表明，能源強度(每單(dan)位GDP所消耗(hao)能源量)在中(zhong)國(guo)的(de)(de)降低速度為(wei)全球最快(kuai)。接(jie)下來(lai)幾年(nian)內(nei)，中(zhong)國(guo)的(de)(de)太陽能光伏項目成本將(jiang)很快(kuai)低于現有和新(xin)的(de)(de)燃氣發電站。2030年(nian)前，中(zhong)國(guo)的(de)(de)太陽能將(jiang)比新(xin)的(de)(de)燃煤(mei)發電站更便宜。”

全天候供電的關鍵是更靈活的電網系統

那(nei)么，什(shen)么樣的能源消費(fei)結構(gou)才(cai)是(shi)理想的，哪種可再生能源應優先被選擇?

以風能(neng)和太陽能(neng)為例，經過數(shu)十年的配(pei)額、減稅和上網電(dian)價補貼等鼓(gu)勵(li)，這兩種(zhong)能(neng)源已在全球(qiu)廣泛部署并逐(zhu)漸(jian)提高效率。彭博數(shu)據顯示，自(zi)2010年以來，風電(dian)成(cheng)本(ben)減少(shao)約50%，太陽能(neng)成(cheng)本(ben)則大幅縮減了85%，這使它們比世界近70%的新(xin)建燃煤及天然(ran)氣發電(dian)廠都(dou)實惠。

不過，專家(jia)們(men)普遍認為，以較為單一的(de)解(jie)決方案回答替代能(neng)源(yuan)全天候供電的(de)復雜(za)問(wen)題是不可(ke)取的(de)。據彭博新能(neng)源(yuan)金融調查，到2025年(nian)，可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)發電站(zhan)的(de)數(shu)量將大(da)大(da)超(chao)過非可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)發電站(zhan)的(de)數(shu)量，但(dan)前者(zhe)相比后(hou)者(zhe)的(de)發電量卻(que)仍不可(ke)同(tong)日(ri)而語。

杜文彬告訴記者：“這(zhe)其(qi)中涉及(ji)非常多的考慮因素，事實(shi)上，不(bu)同種類的能(neng)(neng)(neng)(neng)源應該被聯系起(qi)來。比如說(shuo)，我(wo)們往往談起(qi)太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)，但有(you)(you)時候天會黑(hei)，我(wo)們還會提(ti)起(qi)風能(neng)(neng)(neng)(neng)，但有(you)(you)時候風并(bing)不(bu)吹(這(zhe)意(yi)味著供電(dian)供能(neng)(neng)(neng)(neng)就并(bing)不(bu)穩定)，這(zhe)樣的例子還有(you)(you)很多。所以我(wo)認為，下一代的能(neng)(neng)(neng)(neng)源重點是(shi)涉及(ji)各種能(neng)(neng)(neng)(neng)源并(bing)能(neng)(neng)(neng)(neng)滿足供應需(xu)求的復雜電(dian)網系統。”

阿爾伯塔大學工程(cheng)學院電(dian)氣與計算機工程(cheng)教授李(li)運帷提出，沒有對(dui)所有人都適用的(de)能(neng)源。他表示：“大家都希望(wang)盡快實(shi)現(xian)能(neng)源轉型，但這(zhe)實(shi)際取決(jue)于可再生能(neng)源供(gong)電(dian)的(de)滲透率(實(shi)際功(gong)率與總的(de)負荷功(gong)率的(de)比)現(xian)在到底有多大。”譬(pi)如說，盡管(guan)風(feng)能(neng)或太陽能(neng)這(zhe)樣已經(jing)存在上千年的(de)能(neng)源可以變為本地化(hua)方(fang)案，但目前這(zhe)兩種能(neng)源發電(dian)僅占(zhan)全球供(gong)電(dian)比例的(de)7%。

李運(yun)帷表示：“如果需要進(jin)一步發展，我們(men)仍然(ran)需要更(geng)(geng)多(duo)技術創新與基礎設施建設。比(bi)如，現在許(xu)多(duo)可再生能(neng)源發電(dian)產(chan)生的(de)(de)(de)是直流電(dian)或更(geng)(geng)低頻率赫茲的(de)(de)(de)電(dian)，這(zhe)與現存的(de)(de)(de)電(dian)網(wang)規格(ge)并不(bu)相容(rong)，未來我們(men)要做更(geng)(geng)多(duo)直流電(dian)和交流電(dian)的(de)(de)(de)轉換(huan)，才能(neng)擴大(da)可再生能(neng)源的(de)(de)(de)發電(dian)規模。此外，我們(men)也需要更(geng)(geng)智能(neng)的(de)(de)(de)電(dian)網(wang)，對(dui)替(ti)代能(neng)源產(chan)生的(de)(de)(de)電(dian)能(neng)進(jin)行(xing)調控。”

李運(yun)(yun)帷對(dui)記者(zhe)表示：“對(dui)于(yu)增(zeng)強電網靈活性，也沒有單一的(de)(de)解決方法。重要的(de)(de)是(shi)，在未(wei)來我們的(de)(de)能源(yuan)轉型(xing)重點之(zhi)一，是(shi)實現從中心化發(fa)電到分散化發(fa)電，在當(dang)地產電在當(dang)地消耗。這樣(yang)可以減少運(yun)(yun)輸(shu)途中的(de)(de)能源(yuan)浪(lang)費(fei)和(he)消耗，讓(rang)能源(yuan)變得更有效(xiao)率(lv)。”

杜(du)文彬(bin)補充(chong)稱(cheng)：“每(mei)一(yi)種能源都有自己的缺點，所有這些能源都有很大代價。我們的挑戰(zhan)是看社會如何減緩以及最小化(hua)這些成本，而(er)這也是我們正在做的。”

越來越低成本的儲能電池投資將更加火熱

在全天(tian)候供電(dian)的(de)問題上，如果(guo)(guo)可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)產生(sheng)的(de)電(dian)量(liang)無法(fa)合理(li)儲存，如果(guo)(guo)電(dian)池的(de)成本太高以至于發(fa)電(dian)廠不愿意(yi)一次儲存幾小時的(de)發(fa)電(dian)量(liang)備(bei)用，清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)就很難替代(dai)化石能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)。

在(zai)這樣的(de)(de)背(bei)景下，今年的(de)(de)諾(nuo)貝爾化學(xue)獎(jiang)授予了古迪(di)納夫(John B.Goodenough)、威廷漢(Stanley Whittingham)以及吉野彰(zhang)(Akira Yoshino)三位科(ke)學(xue)家，嘉獎(jiang)他們在(zai)鋰離子(zi)電池方(fang)面的(de)(de)研究貢獻。這種電池可(ke)以儲存太陽能和風(feng)能，讓(rang)無化石燃料的(de)(de)世界(jie)成為可(ke)能。

杜文彬告訴記者：“這是(shi)(shi)能(neng)源轉型(xing)討論中很重(zhong)要的(de)一(yi)點，因為我們現(xian)在面(mian)臨的(de)一(yi)大挑戰就(jiu)是(shi)(shi)如何儲(chu)存能(neng)源，而(er)電池儲(chu)存技術的(de)發展會是(shi)(shi)新的(de)重(zhong)要邁進(jin)。”

根據彭博新能(neng)(neng)源財經報告，在過去不(bu)到十年的(de)(de)時間(jian)中，電池價格已經下降了84%，為儲能(neng)(neng)需求(qiu)的(de)(de)急速增長提供解決方案。據該機構(gou)預測，全球儲能(neng)(neng)裝置(zhi)從2018年到2040年將增長122倍，這期間(jian)的(de)(de)規模跨越(yue)將需要大量(liang)投資(zi)才能(neng)(neng)得(de)以實(shi)現。

好在(zai)越(yue)來(lai)越(yue)低的(de)(de)電(dian)池(chi)(chi)成本將(jiang)激(ji)勵投(tou)資者對公用規模電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)投(tou)入。彭博預測，到(dao)2030年每千瓦時鋰離子電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)成本將(jiang)進(jin)一(yi)步降低一(yi)半。這樣(yang)一(yi)來(lai)，到(dao)2050年，公用規模電(dian)池(chi)(chi)接收(shou)的(de)(de)投(tou)資預計將(jiang)達(da)5210億美(mei)元(yuan)(yuan)，而(er)小規模電(dian)池(chi)(chi)相比之(zhi)下則只有(you)3220億美(mei)元(yuan)(yuan)。此外，以吉瓦做單位衡量，近(jin)四分之(zhi)三的(de)(de)全球儲能裝(zhuang)置市場正由10個國(guo)(guo)家占據。到(dao)2040年，中國(guo)(guo)和美(mei)國(guo)(guo)將(jiang)遙遙領先，而(er)目(mu)前的(de)(de)主要(yao)市場韓國(guo)(guo)將(jiang)失(shi)去其地位。其余重(zhong)要(yao)市場還包括(kuo)印(yin)度、德(de)國(guo)(guo)、拉丁美(mei)洲、東南(nan)亞、法國(guo)(guo)、澳大利亞和英國(guo)(guo)等(deng)。

李運帷也對記者補充道：“有(you)許多種(zhong)能源可以用(yong)(yong)鋰(li)電池的技術起步，比(bi)如甲醇燃料電池，這(zhe)是一(yi)種(zhong)電力儲能的解決方式(shi)。但(dan)除此(ci)之外，你必須用(yong)(yong)一(yi)種(zhong)聰(cong)明的方式(shi)控制(zhi)負載量(liang)，讓負載量(liang)是可調節的。總(zong)而言之，這(zhe)里沒有(you)單一(yi)的解決方式(shi)，必須綜合起來使用(yong)(yong)。”