能源轉型的兩條出路 中國會選哪一條?
建造大規模核電廠生產氫迄今還是一種幻想,而發展可再生能源設施制造業,將注定推動中國和印度新興大國進一步工業化。
國際能源署署長比羅爾上個月在巴黎召開的“紐約時報明日能源大會”上宣稱,目前可再生能源的發電能力已超過煤電,成為世界頭號電力來源。可再生能源變得越來越便宜,且具有較高的成本效率,但仍然需要政府的支持,尤其應像中國和美國那樣,若缺少政府支持,發展可再生能源會遇到困難。
國際能源署稱,2015年是可再生能源的轉折點,全球新增清潔能源發電能力超過50%,達到1.53億千瓦,同比上年增加15%。2015年,全球每天安裝50萬塊太陽能板,每小時安裝兩臺渦輪風機,而中國就占了新增可再生能源發電能力的40%。
據國際能源署對可再生能源的最新預測,未來5年,這一發展仍將繼續,每小時將安裝3萬塊太陽能板、2.5臺渦輪風機。可再生能源在發電能力中所占份額將從2015年的23%,增至2021年的28%。可見,未來能源系統的問題十分重要,將影響各國的政策和決策,那么未來全球能源系統將遵循什么樣的技術路線,可再生能源的發展前景究竟如何?
持續減碳的能源轉型為何停滯
澳大利亞麥考瑞大學教授馬修(John A.Mathew)在11月出版的《未來》雜志發表論文指出,未來能源的競爭原則,將是化石燃料脫碳與制造學習曲線的競爭。這兩條路線都是要逐漸淘汰化石燃料,一條是脫碳過程,即主要基于氫能的集中式能源系統,包括大規模的零排放電廠,這條路線將導致核電規模擴張。另一條是發展分散的可再生能源系統,如風電、光伏發電,這些都是制造業產品,可以增加回報減少成本。其實主要驅動力不在于“分散”,而在于對化石燃料“創造性破壞”的副效應。
第一條“集中”路線是由東西方研究中心下屬國際應用系統分析研究所(IIASA)的學者創立,由該所具有遠見卓識的物理學家馬切蒂(CesareMarchetti)在上世紀70年代最先提出,該路線技術傾向于10億級規模的核電和氫能經濟,對太陽能、風能和可再生能源不屑一顧。
馬切蒂1986年提出的一個“主要概念”是以脫碳驅動能源轉型,并勾畫出未來50年的能源技術、電力和運輸系統演變的圖景。馬切蒂認為,能源轉型就是從一種燃料向另一種燃料持續減碳的過程,薪柴的碳氫比為10︰1,煤炭為1︰1,石油為1︰2,天然氣為1︰4,最終為零碳氫能。
然而,這一趨勢現在發生逆轉或停滯,近20年全球碳強度走勢并未下降,沒有走向氫經濟“不可阻擋”的化石燃料脫碳過程,更沒有高碳向低碳能源轉型的精確機制。馬切蒂描繪的是上世紀70年代看到的化石燃料脫碳情景,但此后的“石油沖擊”,新世紀以來快速工業化用煤造成的“中國沖擊”,接著是當前的“印度沖擊”(可能要延續10年),更不必說美國的“頁巖氣沖擊”,以及不太顯著的能源效率提升和氣候變化激發的可再生能源熱潮,這一切都在破壞靜態系統。
馬修指出,馬切蒂曾經提出“10億級規模核電能源島”,以及由數十個零排放電廠供電的“大陸超級電網”構想,這些聽起來十分有趣,但與各國當今需要做出的能源選擇無關。相反,核電的發展趨勢是反應堆的小型化、模塊化,并且會比10億級規模的項目更廉價,可見“大的并不一定總是美的”。
IIASA學者看不上常規可再生能源,尤其是太陽能和風電,甚至無視水電的存在。他們說風電的功率密度低,不可能在陸上發展滿足需求。然而從中國的實例來看,2009年風電能力已超過核電,2012年風電發電量超過了核電。
風電還經常因“資源需求過多”遭到詬病。馬修說,以美國總發電能力100億千瓦來說,建設100億千瓦風電設施需要2900萬噸鐵、9000萬噸鋼、3.5億噸混凝土。而僅中國2012年就生產了7.09億噸粗鋼和6.54億噸生鐵,所以材料供應不是問題。
IIASA學者批評,光伏板效率還停留在10%,然而事實并非如此。以意大利已竣工的蒙塔爾托迪卡斯特羅光伏電場為例,這個項目光伏板面積1.7平方千米,額定功率8.4萬千瓦,一年可發電1.4億千瓦時,真實的功率因數為19%。以此推算全美100億千瓦發電能力,光伏發電需要土地面積2萬平方千米,僅為美國陸地面積(960萬平方千米)0.2%。