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摘要：我們現(xiàn)在面臨的一大挑戰(zhàn)就是如何儲(chǔ)存能源，而電池儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展會(huì)是新的重要邁進(jìn)。有許多種能源可以用鋰電池的技術(shù)起步，比如甲醇燃料電池，這是一種電力儲(chǔ)能的解決方式。
要實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，就要解決可再生能源的全天候供電問題。
化石能源堪稱全球變暖的元兇，個(gè)中危害早已人盡皆知。但關(guān)鍵問題是，被視為氣候變化解決方案的可再生能源，能否足以頂替前者在全球電力供應(yīng)上的角色。
近日，在一場(chǎng)主題為“替代能源：驅(qū)動(dòng)未來的潛能”對(duì)話活動(dòng)上，阿爾伯塔大學(xué)校長杜文彬（David H. Turpin）在會(huì)后接受第一財(cái)經(jīng)記者專訪時(shí)表達(dá)了相似關(guān)切：“我認(rèn)為全球所有國家都面臨著同一種挑戰(zhàn)，即如何在滿足公眾能源需求的同時(shí)做到可持續(xù)發(fā)展。”
國際能源署預(yù)測(cè)，到2035年前中國人均能源消耗量將超過歐盟，到2040年前中國家庭的平均用電量將達(dá)到目前的兩倍。可再生能源能否滿足巨大的全天候供電需求？
清潔能源是大勢(shì)所趨
根據(jù)研究公司彭博新能源財(cái)經(jīng)的報(bào)告，盡管轉(zhuǎn)型速率不同，但全球各地區(qū)都在向清潔能源的方向發(fā)展。從2010年以來，全球可再生能源的容量翻了兩番達(dá)到1650吉瓦，比美國的所有發(fā)電廠加起來還多。到2050年，歐洲發(fā)電能源來源中92%都將為清潔能源，化石能源幾乎不見蹤影，而印度與中國兩大金磚國家的這一占比將分別為63%和62%，美國則只有43%。
不過，發(fā)展中國家往往仍需要碳密集型投資或項(xiàng)目以減少貧困。這一客觀發(fā)展規(guī)律意味著，還處在工業(yè)化進(jìn)程中的國家碳排放還未到頂，也并不會(huì)自然而然地下降。在世界的發(fā)展中地區(qū)，煤炭仍然占能源消費(fèi)主導(dǎo)地位，未來25年預(yù)計(jì)印度尼西亞燃煤發(fā)電量將增加近一倍。
好在全球?qū)稍偕茉吹某掷m(xù)投資有利于加速扭轉(zhuǎn)這一局面。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)、聯(lián)合國環(huán)境署和法蘭克福財(cái)經(jīng)管理大學(xué)的報(bào)告，僅2018年的這一投資就達(dá)到了近2730億美元，是燃煤和天然氣發(fā)電預(yù)計(jì)開支的三倍。在大力推進(jìn)下，中國與印度的煤電發(fā)電量將分別在2027年和2028年達(dá)到頂峰，到2050年，太陽能、風(fēng)能和水力發(fā)電在這兩國的市場(chǎng)份額將超過60％。
清華大學(xué)低碳能源實(shí)驗(yàn)室主任、教授李政就此話題對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“發(fā)展中國家仍然處在較低的生活標(biāo)準(zhǔn)下，因此發(fā)展應(yīng)是其優(yōu)先點(diǎn)。老實(shí)說，你不能期待它們從一開始就完全使用可再生能源，因?yàn)檫@不可能奏效。他們可以從一些可承擔(dān)的經(jīng)濟(jì)選擇開始，而這在初始階段只能是碳密集的。不過，我們可以展望的未來圖景是，當(dāng)它們充分發(fā)展之后，大部分能源體系都是綠色低碳的，這是我們可以追求的方向。”
杜文彬補(bǔ)充介紹稱：“（國際能源署）至2040年的預(yù)測(cè)表明，能源強(qiáng)度（每單位GDP所消耗能源量）在中國的降低速度為全球最快。接下來幾年內(nèi)，中國的太陽能光伏項(xiàng)目成本將很快低于現(xiàn)有和新的燃?xì)獍l(fā)電站。2030年前，中國的太陽能將比新的燃煤發(fā)電站更便宜。”
盡管轉(zhuǎn)型速率不同，但全球各地區(qū)都在向清潔能源的方向發(fā)展。
全天候供電的關(guān)鍵是更靈活的電網(wǎng)系統(tǒng)
那么，什么樣的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)才是理想的，哪種可再生能源應(yīng)優(yōu)先被選擇？
以風(fēng)能和太陽能為例，經(jīng)過數(shù)十年的配額、減稅和上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼等鼓勵(lì)，這兩種能源已在全球廣泛部署并逐漸提高效率。彭博數(shù)據(jù)顯示，自2010年以來，風(fēng)電成本減少約50％，太陽能成本則大幅縮減了85％，這使它們比世界近70%的新建燃煤及天然氣發(fā)電廠都實(shí)惠。
不過，專家們普遍認(rèn)為，以較為單一的解決方案回答替代能源全天候供電的復(fù)雜問題是不可取的。據(jù)彭博新能源金融調(diào)查，到2025年，可再生能源發(fā)電站的數(shù)量將大大超過非可再生能源發(fā)電站的數(shù)量，但前者相比后者的發(fā)電量卻仍不可同日而語。
杜文彬告訴記者：“這其中涉及非常多的考慮因素，事實(shí)上，不同種類的能源應(yīng)該被聯(lián)系起來。比如說，我們往往談起太陽能，但有時(shí)候天會(huì)黑，我們還會(huì)提起風(fēng)能，但有時(shí)候風(fēng)并不吹（這意味著供電供能就并不穩(wěn)定），這樣的例子還有很多。所以我認(rèn)為，下一代的能源重點(diǎn)是涉及各種能源并能滿足供應(yīng)需求的復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)。”
阿爾伯塔大學(xué)工程學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程教授李運(yùn)帷提出，沒有對(duì)所有人都適用的能源。他表示：“大家都希望盡快實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，但這實(shí)際取決于可再生能源供電的滲透率（實(shí)際功率與總的負(fù)荷功率的比）現(xiàn)在到底有多大。”譬如說，盡管風(fēng)能或太陽能這樣已經(jīng)存在上千年的能源可以變?yōu)楸镜鼗桨福壳斑@兩種能源發(fā)電僅占全球供電比例的7%。
李運(yùn)帷表示：“如果需要進(jìn)一步發(fā)展，我們?nèi)匀恍枰嗉夹g(shù)創(chuàng)新與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。比如，現(xiàn)在許多可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的是直流電或更低頻率赫茲的電，這與現(xiàn)存的電網(wǎng)規(guī)格并不相容，未來我們要做更多直流電和交流電的轉(zhuǎn)換，才能擴(kuò)大可再生能源的發(fā)電規(guī)模。此外，我們也需要更智能的電網(wǎng)，對(duì)替代能源產(chǎn)生的電能進(jìn)行調(diào)控。”
李運(yùn)帷對(duì)記者表示：“對(duì)于增強(qiáng)電網(wǎng)靈活性，也沒有單一的解決方法。重要的是，在未來我們的能源轉(zhuǎn)型重點(diǎn)之一，是實(shí)現(xiàn)從中心化發(fā)電到分散化發(fā)電，在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)電在當(dāng)?shù)叵摹＿@樣可以減少運(yùn)輸途中的能源浪費(fèi)和消耗，讓能源變得更有效率。”
杜文彬補(bǔ)充稱：“每一種能源都有自己的缺點(diǎn)，所有這些能源都有很大代價(jià)。我們的挑戰(zhàn)是看社會(huì)如何減緩以及最小化這些成本，而這也是我們正在做的。”
越來越低成本的儲(chǔ)能電池投資將更加火熱
在全天候供電的問題上，如果可再生能源產(chǎn)生的電量無法合理儲(chǔ)存，如果電池的成本太高以至于發(fā)電廠不愿意一次儲(chǔ)存幾小時(shí)的發(fā)電量備用，清潔能源就很難替代化石能源。
在這樣的背景下，今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了古迪納夫（John B. Goodenough）、威廷漢（Stanley Whittingham）以及吉野彰（Akira Yoshino）三位科學(xué)家，嘉獎(jiǎng)他們?cè)阡囯x子電池方面的研究貢獻(xiàn)。這種電池可以儲(chǔ)存太陽能和風(fēng)能，讓無化石燃料的世界成為可能。
杜文彬告訴記者：“這是能源轉(zhuǎn)型討論中很重要的一點(diǎn)，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在面臨的一大挑戰(zhàn)就是如何儲(chǔ)存能源，而電池儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展會(huì)是新的重要邁進(jìn)。”
根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)報(bào)告，在過去不到十年的時(shí)間中，電池價(jià)格已經(jīng)下降了84％，為儲(chǔ)能需求的急速增長提供解決方案。據(jù)該機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球儲(chǔ)能裝置從2018年到2040年將增長122倍，這期間的規(guī)模跨越將需要大量投資才能得以實(shí)現(xiàn)。
好在越來越低的電池成本將激勵(lì)投資者對(duì)公用規(guī)模電池的投入。彭博預(yù)測(cè)，到2030年每千瓦時(shí)鋰離子電池的成本將進(jìn)一步降低一半。這樣一來，到2050年，公用規(guī)模電池接收的投資預(yù)計(jì)將達(dá)5210億美元，而小規(guī)模電池相比之下則只有3220億美元。此外，以吉瓦做單位衡量，近四分之三的全球儲(chǔ)能裝置市場(chǎng)正由10個(gè)國家占據(jù)。到2040年，中國和美國將遙遙領(lǐng)先，而目前的主要市場(chǎng)韓國將失去其地位。其余重要市場(chǎng)還包括印度、德國、拉丁美洲、東南亞、法國、澳大利亞和英國等。
李運(yùn)帷也對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者補(bǔ)充道：“有許多種能源可以用鋰電池的技術(shù)起步，比如甲醇燃料電池，這是一種電力儲(chǔ)能的解決方式。但除此之外，你必須用一種聰明的方式控制負(fù)載量，讓負(fù)載量是可調(diào)節(jié)的。總而言之，這里沒有單一的解決方式，必須綜合起來使用。”
要實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，就要解決可再生能源的全天候供電問題。
化石能源堪稱全球變暖的元兇，個(gè)中危害早已人盡皆知。但關(guān)鍵問題是，被視為氣候變化解決方案的可再生能源，能否足以頂替前者在全球電力供應(yīng)上的角色。
近日，在一場(chǎng)主題為“替代能源：驅(qū)動(dòng)未來的潛能”對(duì)話活動(dòng)上，阿爾伯塔大學(xué)校長杜文彬（David H. Turpin）在會(huì)后接受第一財(cái)經(jīng)記者專訪時(shí)表達(dá)了相似關(guān)切：“我認(rèn)為全球所有國家都面臨著同一種挑戰(zhàn)，即如何在滿足公眾能源需求的同時(shí)做到可持續(xù)發(fā)展。”
國際能源署預(yù)測(cè)，到2035年前中國人均能源消耗量將超過歐盟，到2040年前中國家庭的平均用電量將達(dá)到目前的兩倍。可再生能源能否滿足巨大的全天候供電需求？
清潔能源是大勢(shì)所趨
根據(jù)研究公司彭博新能源財(cái)經(jīng)的報(bào)告，盡管轉(zhuǎn)型速率不同，但全球各地區(qū)都在向清潔能源的方向發(fā)展。從2010年以來，全球可再生能源的容量翻了兩番達(dá)到1650吉瓦，比美國的所有發(fā)電廠加起來還多。到2050年，歐洲發(fā)電能源來源中92%都將為清潔能源，化石能源幾乎不見蹤影，而印度與中國兩大金磚國家的這一占比將分別為63%和62%，美國則只有43%。
不過，發(fā)展中國家往往仍需要碳密集型投資或項(xiàng)目以減少貧困。這一客觀發(fā)展規(guī)律意味著，還處在工業(yè)化進(jìn)程中的國家碳排放還未到頂，也并不會(huì)自然而然地下降。在世界的發(fā)展中地區(qū)，煤炭仍然占能源消費(fèi)主導(dǎo)地位，未來25年預(yù)計(jì)印度尼西亞燃煤發(fā)電量將增加近一倍。
好在全球?qū)稍偕茉吹某掷m(xù)投資有利于加速扭轉(zhuǎn)這一局面。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)、聯(lián)合國環(huán)境署和法蘭克福財(cái)經(jīng)管理大學(xué)的報(bào)告，僅2018年的這一投資就達(dá)到了近2730億美元，是燃煤和天然氣發(fā)電預(yù)計(jì)開支的三倍。在大力推進(jìn)下，中國與印度的煤電發(fā)電量將分別在2027年和2028年達(dá)到頂峰，到2050年，太陽能、風(fēng)能和水力發(fā)電在這兩國的市場(chǎng)份額將超過60％。
清華大學(xué)低碳能源實(shí)驗(yàn)室主任、教授李政就此話題對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“發(fā)展中國家仍然處在較低的生活標(biāo)準(zhǔn)下，因此發(fā)展應(yīng)是其優(yōu)先點(diǎn)。老實(shí)說，你不能期待它們從一開始就完全使用可再生能源，因?yàn)檫@不可能奏效。他們可以從一些可承擔(dān)的經(jīng)濟(jì)選擇開始，而這在初始階段只能是碳密集的。不過，我們可以展望的未來圖景是，當(dāng)它們充分發(fā)展之后，大部分能源體系都是綠色低碳的，這是我們可以追求的方向。”
杜文彬補(bǔ)充介紹稱：“（國際能源署）至2040年的預(yù)測(cè)表明，能源強(qiáng)度（每單位GDP所消耗能源量）在中國的降低速度為全球最快。接下來幾年內(nèi)，中國的太陽能光伏項(xiàng)目成本將很快低于現(xiàn)有和新的燃?xì)獍l(fā)電站。2030年前，中國的太陽能將比新的燃煤發(fā)電站更便宜。”
盡管轉(zhuǎn)型速率不同，但全球各地區(qū)都在向清潔能源的方向發(fā)展。
全天候供電的關(guān)鍵是更靈活的電網(wǎng)系統(tǒng)
那么，什么樣的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)才是理想的，哪種可再生能源應(yīng)優(yōu)先被選擇？
以風(fēng)能和太陽能為例，經(jīng)過數(shù)十年的配額、減稅和上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼等鼓勵(lì)，這兩種能源已在全球廣泛部署并逐漸提高效率。彭博數(shù)據(jù)顯示，自2010年以來，風(fēng)電成本減少約50％，太陽能成本則大幅縮減了85％，這使它們比世界近70%的新建燃煤及天然氣發(fā)電廠都實(shí)惠。
不過，專家們普遍認(rèn)為，以較為單一的解決方案回答替代能源全天候供電的復(fù)雜問題是不可取的。據(jù)彭博新能源金融調(diào)查，到2025年，可再生能源發(fā)電站的數(shù)量將大大超過非可再生能源發(fā)電站的數(shù)量，但前者相比后者的發(fā)電量卻仍不可同日而語。
杜文彬告訴記者：“這其中涉及非常多的考慮因素，事實(shí)上，不同種類的能源應(yīng)該被聯(lián)系起來。比如說，我們往往談起太陽能，但有時(shí)候天會(huì)黑，我們還會(huì)提起風(fēng)能，但有時(shí)候風(fēng)并不吹（這意味著供電供能就并不穩(wěn)定），這樣的例子還有很多。所以我認(rèn)為，下一代的能源重點(diǎn)是涉及各種能源并能滿足供應(yīng)需求的復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)。”
阿爾伯塔大學(xué)工程學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程教授李運(yùn)帷提出，沒有對(duì)所有人都適用的能源。他表示：“大家都希望盡快實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，但這實(shí)際取決于可再生能源供電的滲透率（實(shí)際功率與總的負(fù)荷功率的比）現(xiàn)在到底有多大。”譬如說，盡管風(fēng)能或太陽能這樣已經(jīng)存在上千年的能源可以變?yōu)楸镜鼗桨福壳斑@兩種能源發(fā)電僅占全球供電比例的7%。
李運(yùn)帷表示：“如果需要進(jìn)一步發(fā)展，我們?nèi)匀恍枰嗉夹g(shù)創(chuàng)新與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。比如，現(xiàn)在許多可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的是直流電或更低頻率赫茲的電，這與現(xiàn)存的電網(wǎng)規(guī)格并不相容，未來我們要做更多直流電和交流電的轉(zhuǎn)換，才能擴(kuò)大可再生能源的發(fā)電規(guī)模。此外，我們也需要更智能的電網(wǎng)，對(duì)替代能源產(chǎn)生的電能進(jìn)行調(diào)控。”
李運(yùn)帷對(duì)記者表示：“對(duì)于增強(qiáng)電網(wǎng)靈活性，也沒有單一的解決方法。重要的是，在未來我們的能源轉(zhuǎn)型重點(diǎn)之一，是實(shí)現(xiàn)從中心化發(fā)電到分散化發(fā)電，在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)電在當(dāng)?shù)叵摹＿@樣可以減少運(yùn)輸途中的能源浪費(fèi)和消耗，讓能源變得更有效率。”
杜文彬補(bǔ)充稱：“每一種能源都有自己的缺點(diǎn)，所有這些能源都有很大代價(jià)。我們的挑戰(zhàn)是看社會(huì)如何減緩以及最小化這些成本，而這也是我們正在做的。”
越來越低成本的儲(chǔ)能電池投資將更加火熱
在全天候供電的問題上，如果可再生能源產(chǎn)生的電量無法合理儲(chǔ)存，如果電池的成本太高以至于發(fā)電廠不愿意一次儲(chǔ)存幾小時(shí)的發(fā)電量備用，清潔能源就很難替代化石能源。
在這樣的背景下，今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了古迪納夫（John B. Goodenough）、威廷漢（Stanley Whittingham）以及吉野彰（Akira Yoshino）三位科學(xué)家，嘉獎(jiǎng)他們?cè)阡囯x子電池方面的研究貢獻(xiàn)。這種電池可以儲(chǔ)存太陽能和風(fēng)能，讓無化石燃料的世界成為可能。
杜文彬告訴記者：“這是能源轉(zhuǎn)型討論中很重要的一點(diǎn)，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在面臨的一大挑戰(zhàn)就是如何儲(chǔ)存能源，而電池儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展會(huì)是新的重要邁進(jìn)。”
根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)報(bào)告，在過去不到十年的時(shí)間中，電池價(jià)格已經(jīng)下降了84％，為儲(chǔ)能需求的急速增長提供解決方案。據(jù)該機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球儲(chǔ)能裝置從2018年到2040年將增長122倍，這期間的規(guī)模跨越將需要大量投資才能得以實(shí)現(xiàn)。
好在越來越低的電池成本將激勵(lì)投資者對(duì)公用規(guī)模電池的投入。彭博預(yù)測(cè)，到2030年每千瓦時(shí)鋰離子電池的成本將進(jìn)一步降低一半。這樣一來，到2050年，公用規(guī)模電池接收的投資預(yù)計(jì)將達(dá)5210億美元，而小規(guī)模電池相比之下則只有3220億美元。此外，以吉瓦做單位衡量，近四分之三的全球儲(chǔ)能裝置市場(chǎng)正由10個(gè)國家占據(jù)。到2040年，中國和美國將遙遙領(lǐng)先，而目前的主要市場(chǎng)韓國將失去其地位。其余重要市場(chǎng)還包括印度、德國、拉丁美洲、東南亞、法國、澳大利亞和英國等。
李運(yùn)帷也對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者補(bǔ)充道：“有許多種能源可以用鋰電池的技術(shù)起步，比如甲醇燃料電池，這是一種電力儲(chǔ)能的解決方式。但除此之外，你必須用一種聰明的方式控制負(fù)載量，讓負(fù)載量是可調(diào)節(jié)的。總而言之，這里沒有單一的解決方式，必須綜合起來使用。”
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