環(huán)球零碳

關(guān)注

編者按：

“雙碳”目標(biāo)下，能源轉(zhuǎn)型被市場(chǎng)視為下一個(gè)風(fēng)口，但它同時(shí)也伴隨著新的挑戰(zhàn)。在世界邁向清潔能源的轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，能源價(jià)格劇烈波動(dòng)，國際關(guān)系因能源和氣候政策又起波瀾。

在近日爆發(fā)的俄烏沖突中，作為能源大國的俄羅斯遭到西方國家嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)制裁，這導(dǎo)致全球原材料尤其是能源的價(jià)格飆升。不止在俄烏沖突時(shí)期，能源問題向來與人類活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)緊密相隨，而且經(jīng)常出現(xiàn)短缺，能源發(fā)展深深地塑造著未來國際格局和氣候變化。

3月19日，2022牛津中國論壇正式開幕。今年以“跨界無界”為主題，涵蓋6個(gè)分論壇：跨學(xué)科、海外華人華僑、老齡化、鄉(xiāng)村與城市、能源與國際關(guān)系、科幻與科技。

在"能源與國際關(guān)系"分論壇上，邀請(qǐng)了科技、政策、經(jīng)濟(jì)、商業(yè)等多領(lǐng)域?qū)＜遥餐接懥四茉次C(jī)與氣候變化是如何正在塑造起一種全新的世界格局。澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長劉科做了精彩發(fā)言，他認(rèn)為，可再生能源的價(jià)格越來越便宜，現(xiàn)在關(guān)鍵是解決可再生能源的不穩(wěn)定性問題，而開發(fā)便宜的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是能源綠色轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。《環(huán)球零碳》對(duì)劉科院士觀點(diǎn)進(jìn)行了整理，并獲得牛津中國論壇舉辦方授權(quán)刊登，供業(yè)界交流參考。標(biāo)題為編者加。我們現(xiàn)在在討論綠色復(fù)蘇，但我們目前仍未看見。在俄烏沖突導(dǎo)致世界整體形勢(shì)變得混亂的情況下，所有的能源價(jià)格不斷飆升，這確實(shí)對(duì)于例如風(fēng)能和太陽能等可再生能源會(huì)有促進(jìn)和發(fā)展，人們可看到可再生能源的價(jià)格越來越便宜。對(duì)于太陽能發(fā)電成本，我們看到華為與沙特去年簽署了全球最大的光儲(chǔ)離網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目，其儲(chǔ)能系統(tǒng)可達(dá) 1.3GW。由于資本成本在中東尤其是沙特很低，而且沙特具有長時(shí)間的太陽光照，所以此項(xiàng)目中整體系統(tǒng)生命周期每度電成本將低于1美分，即每度電成本不到7分錢人民幣，這真是令人震驚的低成本。即使今天，在中國的一些火電廠的發(fā)電成本也是上述項(xiàng)目發(fā)電成本的3倍左右。

在目前這種情況下，太陽能和風(fēng)能的價(jià)格會(huì)越來越便宜，但問題是你首先要有太陽能和風(fēng)能。中國各地的太陽能每年發(fā)電小時(shí)數(shù)不等，但全國各地平均起來大約在1500~1700小時(shí)左右；風(fēng)能每年發(fā)電的時(shí)間大約是2000小時(shí)左右。但一年是8760小時(shí)，用電是需要24小時(shí)連續(xù)的。太陽的有效照射時(shí)間一般少于20%，所以核心問題是另外沒太陽的那80%的時(shí)間怎么辦？這兩種能源之所以不能大幅提升，是因?yàn)樗鼈兙哂胁▌?dòng)性，需要儲(chǔ)能技術(shù)配合。

對(duì)電網(wǎng)來說，波動(dòng)性的能量輸入是一種沖擊，傳統(tǒng)電網(wǎng)只能容納約15%左右的非穩(wěn)定電源。所以問題是，無論風(fēng)能和太陽能發(fā)電有多便宜，它們還是會(huì)不穩(wěn)定。例如去年夏天，歐洲出現(xiàn)了風(fēng)力不足的情況，這就是為什么天然氣價(jià)格會(huì)飆升的原因。所以我認(rèn)為關(guān)鍵的議題是，一方面人們非常樂觀地看到可再生能源的價(jià)格越來越便宜，但更重要的另一方面是更多的人忘記了這些可再生能源的不穩(wěn)定性。在當(dāng)今世界上，穩(wěn)定的能源只有煤炭、核能和天然氣水電（占比不多）。所以對(duì)于歐洲的人們，在核能和煤炭之間你得選一個(gè)。你不可能兩個(gè)都不喜歡，如果你不喜歡火電那么請(qǐng)選擇核能，如果你不喜歡核能請(qǐng)選擇煤炭。如果你兩個(gè)都不喜歡，那么就請(qǐng)享受現(xiàn)在狂飆的天然氣價(jià)格，而現(xiàn)在歐洲的高價(jià)天然氣我認(rèn)為是不可持續(xù)的，另外這個(gè)世界上目前也沒有那么多天然氣去取代所有的火電廠及核電廠。

我認(rèn)為人們應(yīng)該有現(xiàn)實(shí)些的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在的關(guān)鍵并不是使太陽能越來越便宜，現(xiàn)在的關(guān)鍵是解決如果沒有光照或者光照不足時(shí)的能源供給。現(xiàn)在的關(guān)鍵并不是使風(fēng)能越來越便宜，現(xiàn)在的關(guān)鍵是解決如果沒有風(fēng)能或者風(fēng)能不足時(shí)的能源供給。

現(xiàn)在的儲(chǔ)能仍然非常昂貴，在目前的中國深圳，居民用電峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)比價(jià)為1.7：1：0.38，峰時(shí)是谷時(shí)的接近5倍價(jià)格，人們之所以不能用便宜的價(jià)格在谷時(shí)電價(jià)時(shí)去儲(chǔ)能，在峰電時(shí)出售，其原因是儲(chǔ)電的成本依然太高。

前面講了，太陽能發(fā)電的成本已大降，但由于儲(chǔ)能成本約為發(fā)電成本的好幾倍，這樣沒太陽時(shí)電力供應(yīng)目前依然要靠核電或化石能源。很多人樂觀地說，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好碳中和邁向綠色，但是事實(shí)上并不是，除非你愿意在風(fēng)能和太陽能不足時(shí)支付數(shù)倍的能源成本，現(xiàn)行的能源系統(tǒng)在這種情況下并不奏效。所以我們需要更加現(xiàn)實(shí)審視，而非過分樂觀地討論綠色復(fù)蘇。發(fā)展太陽能和風(fēng)能，它們?cè)谀茉聪M(fèi)中占有越來越多的份額，但是它們也具有不穩(wěn)定和非連貫的特性。當(dāng)我們使用風(fēng)能發(fā)電時(shí)，建設(shè)好風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)后，最好在風(fēng)電場(chǎng)邊上有天然氣調(diào)峰電廠；在風(fēng)力強(qiáng)勁時(shí)我們把燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)小，當(dāng)風(fēng)力不足時(shí)我們把燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)大；但中國沒有那么多天然氣，大型火電廠不能隨意地開開關(guān)關(guān)， 因此有些時(shí)候，我們不得不棄光棄風(fēng)。

當(dāng)人們討論可再生能源時(shí)，幾乎指的都是風(fēng)能和太陽能，現(xiàn)在的關(guān)鍵是怎樣獲得越來越廉價(jià)的儲(chǔ)能，目前已經(jīng)能夠獲得足夠便宜的太陽能。問題是，當(dāng)沒有陽光時(shí)，你是怎么儲(chǔ)存能源的，夜晚的時(shí)候怎么使用通過太陽能獲取的能源。特斯拉創(chuàng)始人埃隆馬斯克說：“我可以通過電動(dòng)汽車的電池儲(chǔ)存所有的能源。”這是一種妄想。即使假設(shè)現(xiàn)在所有的車都是電動(dòng)汽車，你也只能通過電池儲(chǔ)存16%的電網(wǎng)電力。人們已經(jīng)研究了百年的電池，今天的電池容量對(duì)于筆記本電腦、電動(dòng)車等確實(shí)已經(jīng)夠用，但當(dāng)我們提到巨量的電網(wǎng)電力能源存儲(chǔ)時(shí)，電池還是捉襟見肘。

目前使用最廣泛的仍是抽水蓄能，抽水蓄能是幾百年前的技術(shù)，而研究了百年的電池儲(chǔ)能在現(xiàn)在卻無法與百年前的抽水蓄能技術(shù)相競爭，這就意味著儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步不容易。人們總是幻想存在一種能夠存儲(chǔ)大量能源的魔法，但事實(shí)上并沒有。事實(shí)上自鉛酸電池發(fā)明至今的百年來，人類花費(fèi)了數(shù)千億美元研發(fā)經(jīng)費(fèi)研究儲(chǔ)能。從鉛酸電池的90千瓦時(shí)/立方米增加到今天特斯拉的300~500 千瓦時(shí)/立方米，電池的能量密度并沒有得到革命性的根本改變。汽油的能量密度則是8600千瓦時(shí)/立方米。迄今為止大規(guī)模（如GW級(jí)）的儲(chǔ)電技術(shù)，最便宜的還是100多年前就被發(fā)明的抽水蓄能技術(shù)。如果你有一個(gè)大型水壩，你可以使用抽水蓄能來儲(chǔ)能大量能源；如果你有合適的巖洞，壓縮空氣儲(chǔ)能，也可以作為低成本的大型儲(chǔ)能方案。但是使用電池儲(chǔ)能確實(shí)太貴，在中國曾使用過廢舊的電動(dòng)車電池進(jìn)行儲(chǔ)能，在發(fā)生過數(shù)次事故后，這個(gè)項(xiàng)目就停止了，因?yàn)樵谑褂门f電池時(shí)確實(shí)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)電池越來越舊時(shí)，可靠性就越來越低了。

在人們通向綠色世界的過程中，仍然存在很多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。所以我們需要更加現(xiàn)實(shí)審視，如果你不喜歡核能，那你至少要保留一定的煤電，如果你在此時(shí)仍因?yàn)槎趸寂欧欧艞壝海?又不允許發(fā)展核電，那天然氣價(jià)格就會(huì)飛漲，因?yàn)檫@個(gè)世界的天然氣不夠。尤其是在中國，我們的天然氣資源并不豐富，但是我們有大量的煤，中國要實(shí)現(xiàn)碳中和，要么保留煤炭的使用，要么大力發(fā)展核能，要么就去發(fā)展大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)解決沒風(fēng)沒太陽時(shí)的電力供應(yīng)問題。

現(xiàn)在我在研究的課題就是把谷電及棄電轉(zhuǎn)換為綠色甲醇，使用綠色燃料去存儲(chǔ)風(fēng)能和太陽能。在夜晚時(shí)，你就可以使用綠色甲醇熱電聯(lián)供，也可以使用綠色甲醇驅(qū)動(dòng)汽車或者發(fā)電，未來的應(yīng)用仍需時(shí)間，我們?nèi)孕枰托娜グl(fā)展相關(guān)技術(shù)并走向商業(yè)化。利用可再生能源制甲醇，然后做分布式的發(fā)電?？梢允褂眉状?xì)淠芊植际侥茉刺娲恍┦褂貌裼蜋C(jī)的場(chǎng)景，和光伏、風(fēng)能等不穩(wěn)定可再生能源多能互補(bǔ)。

分布式發(fā)電，可以做到熱電聯(lián)供，這樣系統(tǒng)總體效率比激增發(fā)電高很多。因?yàn)楸M管電可以遠(yuǎn)距離輸送，但熱不可能從遠(yuǎn)距離輸運(yùn)。把風(fēng)能和太陽能以液體的形式儲(chǔ)存下來，液體通過管路遠(yuǎn)距離輸送損失很少。再用甲醇分布式熱電聯(lián)供，比現(xiàn)有的西部煤發(fā)電輸送到東部供電供熱模式，其能源效率要高很多，進(jìn)而大大降低碳排放。對(duì)于中國來說，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和是一個(gè)相對(duì)理性的目標(biāo)，不要操之過急，未來四十年還有很大的想象空間，但是需要面對(duì)現(xiàn)實(shí)。碳中和是一場(chǎng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)革命，涉及一系列能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的問題，這就需要我們理性審視綠色復(fù)蘇，而開發(fā)便宜的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是能源綠色轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。

閱讀原文

---------