绿色能源革命,停止脚步了吗

文/张梦炎

可再生能源并没有把我们从全球变暖的气候变化中快速“解救”出来。
世界各国比以往任何时候都更严肃、认真地对待这一现象。
那么,绿色能源革命究竟怎么了?
先来看一下来自英国的几则消息。2017年,英国的可再生能源纪录被刷新。2017年4月21日,英国创造了135年以来第一次全天不使用煤炭发电的新纪录。2017年6月7日,英国的可再生能源发电量超过了英国发电总量的一半。这些现象似乎说明英国离“退出煤炭使用”的目标,更近了一步。
正是因为已经取得了如此优异的成绩,绿色能源革命听起来似乎一切顺利。许多人认为可再生能源将继续“茁壮成长”,而且在不久的将来,绿色能源会完全取代化石能源。
不过,人们或许需要重新思考一下了。

绿色能源革命是否受困
英国智库绿色同盟表示,未来3年英国在可再生能源上的投资将锐减95%。其他国家包括德国和日本在内,也裁减了对可再生能源的补贴。
放眼全球,我国可再生能源的发展仍然相当快,在全球可再生能源的增长中,是无可辩驳的佼佼者。但是有信号表明,这一状况正呈下滑趋势。
挪威卑尔根大学的简·彼得·汉森认为,目前从媒体上获取的消息已经与事实和数字不相符合了。他的研究表明,可再生能源将在2030年迎来发展的巅峰,即使如此,它对全球能源的贡献还不到1/10。
那么,绿色能源革命真的已经步履蹒跚了吗?我们需要做更多尝试来确保绿色能源的未来吗?

绿色能源离我们有多远
根据英国石油公司(世界最大私营石油公司之一)提供的数据,风能、太阳能、地热能、生物质能只供应了全球8%的电力。考虑到使用绿色能源发电是降低碳排放的最简单的方式,因此这并不是一个理想的数字。
除了提供电力,可再生能源的应用主要集中在航空和船运方面。从全球能源总消耗量来看,可再生能源仅占3%。即使再加上氢能、核能,非化石能源也只占14%,而且这个数字在过去25年里几乎没有变化。
尽管近几年全球煤炭的燃烧量已经减少,但是煤炭的时代远未终结。印度等国家正计划建造数百个新的燃煤发电厂,虽然有研究学者认为大多数的燃煤发电厂可能由于各种原因最终不会投入使用。
与此同时,石油和天然气行业在快速发展,足以抵消由于减少燃烧煤炭和发展可再生能源而带来的碳排放下降的“福利”。就目前的发展来看,绿色能源体系离我们仍然十分遥远,我们甚至没有足够的信心能把全球变暖控制在2℃以内。

乐观主义者的声音
乐观主义者认为,没必要如此绝望。与化石能源相比,依靠风能和太阳能发电更有竞争力,哪怕没有国家补贴。一旦可再生能源的价格更便宜,其发展会更快而且会持续下去,直到完全取代化石能源。乐观主义者也指出,风能和太阳能的发展速度已经超出化石能源企业和国际能源组织的预测。
未来真的如此美好吗?最近,英国一家太阳能公司宣布,将建造一所太阳能园区,而且不需要依靠国家补贴。表面看,似乎支持了乐观主义者的观点。但是公司的首席执行官表示,没有补贴的项目其实是没有利润的,即使建设太阳能园区的成本大幅下降。
因此,对于许多发达国家(包括英国、德国、日本、西班牙和意大利)来说,裁减补贴将会不可避免地导致可再生能源停止发展。
当然也有可能是,未来几年,可再生能源因为成本降得足够低而再次得到发展,甚至发展到高点,使得风能和太阳能在与化石能源“对抗”时具有真正的竞争力。
回顾历史,也不那么鼓舞人心。20世纪50年代是核能发展的黄金时代,许多人预言核能很有发展前途,至少在发电领域会取代化石能源。实际上,我们花了几十年时间在研发新的发电方式的同时,还远远没有丢弃旧方式。
一般来说,一项成功的技术最初的发展比较缓慢(依赖于早期的采用者),然后呈指数级增长且发展为主流,最后会稳定下来。这种发展趋势被研究学者称为“S曲线”。
目前,风能和太阳能正处于S曲线中的指数增长阶段。但是根据汉森及其同事的研究,他们描绘的S曲线显示,风能和太阳能的发展出现停滞迹象。
当然,这只是一项研究。但毫无疑问的是,我们必须依靠可再生能源,才能达成《巴黎协定》中有关气候变化的控温目标。
对此,乐观主义者认为,凭借可再生能源独特的优势,比如相对灵活且可衡量,能够实现上述的控温目标。他们表示,在非洲,甚至有人会在树上绑一个太阳能电池板,通过这种方式给手机充电。

解救绿色能源的方案
然而与其他能源相比,可再生能源也有很多不足,如间歇性和可变性。更重要的是,大规模使用可再生能源会造成利润大幅减少,这是一个很实际的令人头疼的问题。因为在可再生能源占比很高的发电系统中,如果遇到阳光充足或多风的天气,通常会出现电力过剩的现象,导致价格直线下降。
科学家表示,有一种解决方案是改变发电系统的运行方式,把多余的电力供给电动汽车一类的装置充分使用。另一种解决方案是,把多余的电力转换为氢能或利用充电电池储存起来。
最近两三年里,电池的存储成本会下降得很快。短短几小时内就可以将太阳能储存起来,然后等到有市场需求的时候将其出售,因此价格也更高。但是,电池无法解决冬天缺乏阳光的问题。这就是为什么我们还在争论“通过可再生能源获得所有电力”是否可行。
许多能源研究人员认为,我们不应该只关注风能和太阳能,我们也可以关注一下碳捕集与封存,以及核能等。
值得庆幸的是,昂贵的补贴并不再是唯一的“救命草”。我们要做的是,首先,对不环保的化石能源如煤炭,提高其排放收费标准。然后,不断完善相关的政策,实现绿色能源接入电网的基础设施改建。
目前,法国有3/4的电力来自核能。1970年,法国80%的能源还依赖进口;20世纪90年代以来,法国能源自给率达到50%以上。也许所有的国家都应该以之为例,重新审视为促进可再生能源而付出的努力。
(本文作者张梦炎为上海空间电源研究所副总工程师,长期从事新型高效光伏技术;以课题组组长身份承担前人民解放军总装备部和上海市经济和信息化委员会等多个领域的项目,致力于国内空间电源技术发展)

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