環(huán)球零碳

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編者按：

“雙碳”目標下，能源轉型被市場視為下一個風口，但它同時也伴隨著新的挑戰(zhàn)。在世界邁向清潔能源的轉型進程中，能源價格劇烈波動，國際關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重經(jīng)濟制裁，這導致全球原材料尤其是能源的價格飆升。不止在俄烏沖突時期，能源問題向來與人類活動和經(jīng)濟緊密相隨，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個分論壇：跨學科、海外華人華僑、老齡化、鄉(xiāng)村與城市、能源與國際關系、科幻與科技。

在"能源與國際關系"分論壇上，邀請了科技、政策、經(jīng)濟、商業(yè)等多領域?qū)＜?，共同探討了能源危機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、南方科技大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院院長劉科做了精彩發(fā)言，他認為，可再生能源的價格越來越便宜，現(xiàn)在關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)模儲能技術是能源綠色轉型和實現(xiàn)碳中和的關鍵。《環(huán)球零碳》對劉科院士觀點進行了整理，并獲得牛津中國論壇舉辦方授權刊登，供業(yè)界交流參考。標題為編者加。我們現(xiàn)在在討論綠色復蘇，但我們目前仍未看見。在俄烏沖突導致世界整體形勢變得混亂的情況下，所有的能源價格不斷飆升，這確實對于例如風能和太陽能等可再生能源會有促進和發(fā)展，人們可看到可再生能源的價格越來越便宜。對于太陽能發(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離網(wǎng)儲能項目，其儲能系統(tǒng)可達 1.3GW。由于資本成本在中東尤其是沙特很低，而且沙特具有長時間的太陽光照，所以此項目中整體系統(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)電成本也是上述項目發(fā)電成本的3倍左右。

在目前這種情況下，太陽能和風能的價格會越來越便宜，但問題是你首先要有太陽能和風能。中國各地的太陽能每年發(fā)電小時數(shù)不等，但全國各地平均起來大約在1500~1700小時左右；風能每年發(fā)電的時間大約是2000小時左右。但一年是8760小時，用電是需要24小時連續(xù)的。太陽的有效照射時間一般少于20%，所以核心問題是另外沒太陽的那80%的時間怎么辦？這兩種能源之所以不能大幅提升，是因為它們具有波動性，需要儲能技術配合。

對電網(wǎng)來說，波動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，無論風能和太陽能發(fā)電有多便宜，它們還是會不穩(wěn)定。例如去年夏天，歐洲出現(xiàn)了風力不足的情況，這就是為什么天然氣價格會飆升的原因。所以我認為關鍵的議題是，一方面人們非常樂觀地看到可再生能源的價格越來越便宜，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）。所以對于歐洲的人們，在核能和煤炭之間你得選一個。你不可能兩個都不喜歡，如果你不喜歡火電那么請選擇核能，如果你不喜歡核能請選擇煤炭。如果你兩個都不喜歡，那么就請享受現(xiàn)在狂飆的天然氣價格，而現(xiàn)在歐洲的高價天然氣我認為是不可持續(xù)的，另外這個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。

我認為人們應該有現(xiàn)實些的認識，現(xiàn)在的關鍵并不是使太陽能越來越便宜，現(xiàn)在的關鍵是解決如果沒有光照或者光照不足時的能源供給。現(xiàn)在的關鍵并不是使風能越來越便宜，現(xiàn)在的關鍵是解決如果沒有風能或者風能不足時的能源供給。

現(xiàn)在的儲能仍然非常昂貴，在目前的中國深圳，居民用電峰時、平時、谷時比價為1.7：1：0.38，峰時是谷時的接近5倍價格，人們之所以不能用便宜的價格在谷時電價時去儲能，在峰電時出售，其原因是儲電的成本依然太高。

前面講了，太陽能發(fā)電的成本已大降，但由于儲能成本約為發(fā)電成本的好幾倍，這樣沒太陽時電力供應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)準備好碳中和邁向綠色，但是事實上并不是，除非你愿意在風能和太陽能不足時支付數(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)實審視，而非過分樂觀地討論綠色復蘇。發(fā)展太陽能和風能，它們在能源消費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。當我們使用風能發(fā)電時，建設好風力發(fā)電場后，最好在風電場邊上有天然氣調(diào)峰電廠；在風力強勁時我們把燃氣輪機調(diào)小，當風力不足時我們把燃氣輪機調(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關， 因此有些時候，我們不得不棄光棄風。

當人們討論可再生能源時，幾乎指的都是風能和太陽能，現(xiàn)在的關鍵是怎樣獲得越來越廉價的儲能，目前已經(jīng)能夠獲得足夠便宜的太陽能。問題是，當沒有陽光時，你是怎么儲存能源的，夜晚的時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：“我可以通過電動汽車的電池儲存所有的能源。”這是一種妄想。即使假設現(xiàn)在所有的車都是電動汽車，你也只能通過電池儲存16%的電網(wǎng)電力。人們已經(jīng)研究了百年的電池，今天的電池容量對于筆記本電腦、電動車等確實已經(jīng)夠用，但當我們提到巨量的電網(wǎng)電力能源存儲時，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，而研究了百年的電池儲能在現(xiàn)在卻無法與百年前的抽水蓄能技術相競爭，這就意味著儲能技術進步不容易。人們總是幻想存在一種能夠存儲大量能源的魔法，但事實上并沒有。事實上自鉛酸電池發(fā)明至今的百年來，人類花費了數(shù)千億美元研發(fā)經(jīng)費研究儲能。從鉛酸電池的90千瓦時/立方米增加到今天特斯拉的300~500 千瓦時/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/立方米。迄今為止大規(guī)模（如GW級）的儲電技術，最便宜的還是100多年前就被發(fā)明的抽水蓄能技術。如果你有一個大型水壩，你可以使用抽水蓄能來儲能大量能源；如果你有合適的巖洞，壓縮空氣儲能，也可以作為低成本的大型儲能方案。但是使用電池儲能確實太貴，在中國曾使用過廢舊的電動車電池進行儲能，在發(fā)生過數(shù)次事故后，這個項目就停止了，因為在使用舊電池時確實存在安全風險。當電池越來越舊時，可靠性就越來越低了。

在人們通向綠色世界的過程中，仍然存在很多技術上的挑戰(zhàn)。所以我們需要更加現(xiàn)實審視，如果你不喜歡核能，那你至少要保留一定的煤電，如果你在此時仍因為二氧化碳排放放棄煤， 又不允許發(fā)展核電，那天然氣價格就會飛漲，因為這個世界的天然氣不夠。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)模的儲能技術解決沒風沒太陽時的電力供應問題。

現(xiàn)在我在研究的課題就是把谷電及棄電轉換為綠色甲醇，使用綠色燃料去存儲風能和太陽能。在夜晚時，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)動汽車或者發(fā)電，未來的應用仍需時間，我們?nèi)孕枰托娜グl(fā)展相關技術并走向商業(yè)化。利用可再生能源制甲醇，然后做分布式的發(fā)電?？梢允褂眉状細淠芊植际侥茉刺娲恍┦褂貌裼蜋C的場景，和光伏、風能等不穩(wěn)定可再生能源多能互補。

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。因為盡管電可以遠距離輸送，但熱不可能從遠距離輸運。把風能和太陽能以液體的形式儲存下來，液體通過管路遠距離輸送損失很少。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，進而大大降低碳排放。對于中國來說，2060年實現(xiàn)碳中和是一個相對理性的目標，不要操之過急，未來四十年還有很大的想象空間，但是需要面對現(xiàn)實。碳中和是一場系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)革命，涉及一系列能源結構調(diào)整、技術進步、發(fā)展方式轉變的問題，這就需要我們理性審視綠色復蘇，而開發(fā)便宜的大規(guī)模儲能技術是能源綠色轉型和實現(xiàn)碳中和的關鍵。

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