中国能源转型幅度领跑全球,如何实现可再生能源的供电替代?

化石能源是全球变暖的罪魁祸首,其危害早已众所周知。但关键问题是可再生能源,被认为是解决气候变化的一种方法,能否充分取代前者在全球电力供应中的作用。

近日,在一场主题为“替代能源:推动未来潜力”的对话中,艾伯塔大学校长大卫·特平(david h. turpin)在会后接受第一财经记者采访时表达了类似的担忧:“我认为世界上所有国家都面临着同样的挑战,即如何在满足公共能源需求的同时实现可持续发展。”

国际能源署预测,到2035年,中国的人均能源消耗将超过欧盟,到2040年,中国家庭的平均电力消耗将翻一番。可再生能源能满足全天候供电的巨大需求吗?

清洁能源是大势所趋

研究公司彭博新能源金融(Bloomberg New Energy Finance)的一份报告显示,尽管转型速度不同,但全球所有地区都在向清洁能源发展。自2010年以来,全球可再生能源产能翻了两番,达到1650千兆瓦,超过了美国所有发电厂的总和。到2050年,欧洲92%的发电能源将是清洁能源,化石能源几乎无处可寻。印度和中国将分别占63%和62%,而美国仅占43%。

然而,发展中国家往往仍然需要碳密集型投资或项目来减少贫困。这一客观发展规律意味着,仍处于工业化进程中的国家的碳排放量没有达到最高水平,也不会自然下降。在世界发展中地区,煤炭仍然主导着能源消耗,印度尼西亚的燃煤发电预计在未来25年内将翻一番。

幸运的是,全球对可再生能源的持续投资有利于加速扭转这一局面。据彭博新能源财经、联合国环境规划署和法兰克福财经大学的报道,仅2018年的投资就达到近2730亿美元,是煤炭和天然气发电预计支出的三倍。通过积极努力,中国和印度的燃煤发电将分别在2027年和2028年达到峰值。到2050年,这两个国家太阳能、风力和水力发电的市场份额将超过60%。

清华大学低碳能源实验室主任兼教授李政对《第一财经记者》就此话题表示:“发展中国家的生活水平仍然相对较低,所以发展应该是他们的优先考虑。老实说,你不能指望他们从一开始就完全使用可再生能源,因为它不能工作。它们可以从负担得起的经济选择开始,这些选择在初始阶段只能是碳密集型的。然而,我们可以期待的未来是,当它们得到充分开发时,大多数能源系统是绿色和低碳的,这是我们可以追求的方向。”

杜文彬补充道:“国际能源署对2040年的预测显示,中国的能源强度(单位国内生产总值的能源消耗量)正在以世界上最快的速度下降。未来几年,中国太阳能光伏项目的成本将很快低于现有的和新的燃气发电站。到2030年,中国的太阳能将比新的燃煤发电站便宜。”

全天候供电的关键是更加灵活的电网系统。

那么,什么样的能源消费结构是理想的,应该首先选择哪种可再生能源?

以风能和太阳能为例。在配额、减税和电价补贴等几十年的鼓励下,这两种能源已在世界各地广泛使用,并正在逐步提高效率。彭博数据显示,自2010年以来,风力发电成本下降了约50%,太阳能成本下降了85%,这使得它们比世界上近70%的新煤和天然气发电厂更容易负担。

然而,专家们普遍认为,用单一的解决方案来解决替代能源全天候供电的复杂问题是不可取的。根据彭博新能源金融调查(New Energy Finance Survey),到2025年,可再生能源发电站的数量将大大超过不可再生能源发电站的数量,但前者仍远非后者。

杜·文彬对第一位财经记者说:“这涉及到许多因素。事实上,不同种类的能量应该联系起来。例如,我们经常谈论太阳能,但有时天黑了,我们也谈论风能,但有时风不吹(这意味着电源不稳定)。还有许多其他的例子。因此,我认为下一代能源的重点是一个复杂的电网系统,它涉及各种能源,能够满足供应需求。”

艾伯塔大学工程学院电气和计算机工程教授李魏云指出,没有适合所有人的能源。他说:“每个人都希望尽快实现能源转换,但这实际上取决于现在可再生能源供应的渗透率(实际功率与总负载功率的比率)例如,尽管风能或太阳能等已存在数千年的能源可以本地化,但这两种能源目前仅占全球电力供应的7%。

“如果我们需要进一步发展,我们仍然需要更多的技术创新和基础设施建设。例如,许多可再生能源以直流电或更低频率赫兹发电,这与现有电网规范不兼容。未来,我们需要转换更多的直流电和交流电,以扩大可再生能源的发电规模。此外,我们还需要一个更智能的电网来管理替代能源产生的电力。”

“没有单一的解决方案可以提高电网的灵活性,”李云银告诉第一财经新闻。重要的是,我们未来能源转换的重点之一是实现从集中发电到分散发电的转换,并在有房地产时在当地用电。这可以减少运输过程中的能源浪费和消耗,提高能源效率。"

杜文彬补充道:“每种能源都有其自身的缺点,所有这些缺点都有巨大的成本。我们面临的挑战是看社会如何减缓和最小化这些成本,这就是我们正在做的。”

成本越来越低的储能电池投资将会更加火热。

在全天候供电的问题上,如果可再生能源产生的电力不能合理储存,如果电池成本太高,发电厂不愿意一次储存几个小时的电力作为备用,清洁能源很难取代化石能源。

在这种背景下,今年的诺贝尔化学奖授予了三位科学家,约翰·b·古德托、斯坦利·惠廷翰和阿基拉·吉野,以表彰他们在锂离子电池方面的研究贡献。这种电池可以储存太阳能和风能,使一个没有化石燃料的世界成为可能。

杜文彬告诉第一财经记者:“这是能源转换讨论中非常重要的一点,因为我们现在面临的主要挑战之一是如何储存能源,而电池储存技术的发展将是向前迈出的新的重要一步。”

根据彭博新能源财经报道,电池价格在过去10年下降了84%,为储能需求的快速增长提供了解决方案。根据该机构的预测,从2018年到2040年,全球储能装置将增长122倍,这一时期的规模飞跃需要大量投资才能实现。

幸运的是,越来越低的电池成本将鼓励投资者投资公共规模的电池。彭博预测,到2030年,每千瓦时锂离子电池的成本将进一步降低一半。因此,到2050年,公共规模电池预计将获得5,210亿美元的投资,而小型电池的投资为3,220亿美元。此外,全球储能设备市场的近四分之三被10个以千兆瓦为单位的国家占据。到2040年,中国和美国将遥遥领先,而目前的主要市场韩国将失去其地位。其他重要市场包括印度、德国、拉丁美洲、东南亚、法国、澳大利亚和英国。

李云音还在《第一财经新闻》中补充道:“锂电池技术可以启动多种能源,比如甲醇燃料电池,这是一种电能储存的解决方案。但是此外,您必须以智能的方式控制负载,以便可以调整负载。总之,这里没有单一的解决方案。它必须结合使用。”

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