对新能源热潮的“冷”思考

来源:http://www.temizlikoyunlari.com 作者:科技中心 人气:75 发布时间:2019-05-03
摘要:(文/VACLAVSMIL)2004年6月,一家能源期刊的编辑打来电话,说最近发布了一份建造世界上最大的太阳能发电站的计划,想听听我的看法。“准备建在哪儿?”我问道,“亚利桑那、西班

(文/VACLAV SMIL)2004年6月,一家能源期刊的编辑打来电话,说最近发布了一份建造世界上最大的太阳能发电站的计划,想听听我的看法。“准备建在哪儿?” 我问道,“亚利桑那、西班牙、还是北非?”其实都不对,它将位于纽伦堡的东南方,横跨巴伐利亚乡间的三个地区。

亚太日报驻东京记者乐绍延日本能源资源十分匮乏,即使所有的核电站全部正常发电,其自给率也只能达到19.5%。进入21世纪以后,随着石油价格高涨,能源供应偏紧以及环保意识的增强,日本决定增强新能源的开发利用,并制定了“产业结构调整计划”、“新经济成长战略”、“能源计划大纲”、“可再生能源特别措施法”等一系列政策法规,采取减免企业税赋、提供新能源补贴等扶植政策,鼓励和推动乙太阳能、风力、生物燃油以及地热发电为主的新能源产业发展。
重点开发太阳能
太阳能发电受地理环境影响相对较小,适建场所多,被日本政府列为新能源战略的重点开发项目。2012年7月,日本实施“可再生能源发电固定价格收购制度”,规定国家负责收购由经济产业省认证的太阳能发电设备产生的电能,收购价格为每千瓦时42日元,差额由财政补贴。在这之前,日本还实施了“绿色投资减税制度”,投资可再生能源的费用,可以作为经营成本免纳所得税。
这些政策大大地推动了日本太阳能发电事业的迅速发展,日本很多大企业纷纷进军365bet在线手机版,光伏发电领域,建设大型光伏发电设备。日本奥利克斯公司宣布,今后5年内将投资3000亿日元,在北海道和鹿儿岛等地建设太阳能发电设施,将整个公司的太阳能发电能力增加到100万千瓦时,为目前的12倍。
计划从2016年向一般居民家庭提供电力服务的日本软银公司宣布,旗下专门从事可再生能源开发的SB能源公司在富山市建设了一座装机容量为2800千瓦时的太阳能发电厂,可供820多个家庭使用。由于新能源电力有政府财政补贴,其价格也将比东京电力等公司便宜5%左右。
日本政府在鼓励企业进军太阳能发电行业的同时,还大力发展太阳能住宅,并制定了“住宅用太阳能发电设施补助金支援制度”,给采用太阳能发电设备的住宅提供41万至50万日元的补助,除了国家补助之外,一些地方政府也给予金额不等的补贴。
在政府的大力扶植和企业的积极参与下,日本2013年新增太阳能发电装机容量达到了500万千瓦,比上年增长了150%。全年新增装机容量为世界第二,仅次于中国。日本经济产业省提供的数据显示,在2013年2月底,通过“设备认证”的太阳能发电总装机容量为3904.5万千瓦时,到了2014年3月底,就猛增到了6800万千瓦时。
加快发展风力发电
日本的风力发电事业起步较晚,发展速度也比较缓慢,直到2012年底,日本全国的风电总装机容量只有261万千瓦时。相对其他新能源的开发利用,风力发电成本较低,其综合成本几乎等同于煤电。在核电事业严重受挫的情况下,日本决定加快发展风电技术。
在福岛核电站发生特大事故之后,作为灾后重建的第一个项目,日本经济产业省决定在福岛县近海建设浮体式海上风力发电站,并逐步将其建成全球规模最大的浮体式海上风力发电站。最终的发电容量为100万千瓦时,相当于1个核电机组的
发电量,并可增加4000左右的就业岗位。新风力发电站采用浮体式,发电风车不着床于海底,而漂浮在吹着稳定强风的近海海面上。去年11月,该海上风力发电设备开始投入运行。
日本经济产业省还成立了专家委员会,着手制定海上风电补贴新方案。日本媒体认为,这是日本大力发展海上风电的信号,期望这项实验的成功能够在海洋风力发电技术开发方面占得先机,带动陆地和海上风力发电的普及,将风能打造成继太阳能之后的又一大绿色能源支柱。
全球风能理事会指出,日本拥有漫长的海岸线,广阔的海洋专属经济区,风力发电前景广阔,潜力巨大。日本风电协会估计,日本拥有144吉瓦陆上风能、608吉瓦海上风能的发电潜力,是有待开发的能源宝库。
为了摆脱风力发电滞后的局面,日本政府已经组织有关技术专家积极开发适合各种不同环境和风力状况的风车等发电机组,采用高品质的碳素复合纤维生产大型风轮叶片、液压式驱动系统等新技术,并将重点放在开发单组发电能力为8000千瓦时的大型风力发电系统。
生物能源重点开发非粮类
由于生物燃油与现有的化石燃油有着很强的亲和性,混拌到化石燃油中不用改造发动机就可以使用。日本在2002年制定了《生物能源战略》,决定将生物能源的研发重点放在以废弃纤维素材料为原料的第二代生物燃料乙醇和以微藻类为原料的第三代生物燃料碳化氢方面。
筑波大学进行的实验结果表明,微藻类生物中含有大量的碳化氢,干燥后微藻类中的碳化氢含量可达到20%到30%。使用城市居民生活下水和农业废水就可以繁殖微藻类物质,在繁殖过程中还能够吸收大量的二氧化碳,减少温室气体。
日本微藻类生物燃料的研究开发已经取得重大成果,利用微藻类生产的生物燃油今年7月已经开始在日本的公交车上试用。该生物燃油是从可以在河流或水田中大量快速繁殖的一种叫做梭微子的微藻类生物中提取,还有望作为航空燃料使用。东京大学、日本航空、全日空等有关方面已成立了“下一代航空燃料研究会”,加快生物燃油的研究利用步伐,争取到2020年将生物燃油在航空中的比例提高到10%左右。筑波大学教授渡边信说,预计到2020年前后,这种生物燃油的成本有望降低到每立升200日元以下,如果再对提取了碳化氢的微藻类进行综合开发,完全具有商业化开发利用的价值。
据日本《能源白皮书》发表的数据,截止2012年6月底,日本全国的生物燃料发电装机容量为230万千瓦时,但从2012年7月到今年2月,新增生物燃料发电装机容量为87.4万千瓦。日本富士经济谘询公司发布的调查统计数据显示,日本生物燃料市场快速增长,预计2015年将达到1766亿日元。该公司认为,随着生物燃料技术的进步,生产成本的下降,对环保问题的关注增强,可再生的生物燃料在能源消费中的比例将大幅提高。**

 

新旧交替的缓慢进程

新能源的最终目标在于缓解全球气候变暖;使用风能、太阳能和生物能源,可以减少温室气体的排放量。不过,由于温室气体具有全球效应,新能源的实际效果也要从全球角度来考察。我们会发现,西方国家利用风能和太阳能减少的二氧化碳排放量,远远比不上中国和印度与日俱增的煤炭燃烧量。

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风电在美国发展迅猛。但从历史上科技的发展规律看,真正的挑战还未到来。图片:Bryan Christie Design; Data Source: Vaclav Smil

看看这些令人震惊的数据吧:从2004到2009年,美国一共增加了28兆瓦的风电装机量,由于容量系数不同,这相当于不到10兆瓦的火电装机量。与此同时,中国新增的大型火电站装机容量,是这个数字的30倍。这些新火电站的预期寿命至少为30年之久。仅在2010年一年里,中国的二氧化碳排放量就增加了8亿吨,这几乎是美国总排放量的15%;而在这一年里,美国的风电总发电量为950亿千瓦时,按照理论推算,这只减少了6500万吨的二氧化碳排放。另外,到2015年时,中国火电装机容量还将增加200兆瓦,而美国的风电装机量将增加30兆瓦,换算为火电装机容量则仅有15兆瓦。当然,亚洲的煤炭消耗速度终将减缓,但即便如此,大气中的二氧化碳浓度也不太可能控制在450ppm以下。

对于新旧能源的更迭,最被人误解的也许就是它的速度。新能源取代旧能源是一个非常缓慢的过程----在美国,核电用了23年的时间取得了总发电量中10%的比例,而在1995年,也就是它诞生38年后,才达到了20%的份额。燃气发电更是花了45年时间,才取得了20%的份额。

到2025年,风力发电机将迎来30岁生日。到那时,假如它在美国的发电份额能达到15%,就已经算是了不起的成功了。而对于太阳能的市场份额,即使是最乐观的预测,也达不到这个比例的一半。寻找无碳能源是一项值得努力的目标;有朝一日,某些新能源终将占领市场。但是,想要达到这个目标,决策者不能头脑发热,好高骛远。举个不太恰当,却非常形象的例子:让一辆巨大的油罐车掉头,可不是那么容易的事。

改变当今世界基于化石燃料的能源系统,是一项极其艰巨的任务。这个能源系统每年生产70亿吨的硬煤和褐煤、40亿吨的原油,以及3万亿立方米的天然气,然后将它们转化为1.4万亿瓦(※此处已更改)的电能。无数煤矿、油田和气田、炼油厂、输油管、各种运油车、加油站、发电厂、变压器、输电线,还有几亿部消耗着汽油、煤油、柴油,或是其他燃料油的引擎——共同组成了世界上最庞大、最昂贵的系统。这一系统的建设,花费了几代人的时间,也消耗了数十万亿美元的金钱。

因此,无论是在10年、20年还是50年的时间里,这个系统都不可能被彻底取代。要想建设一个具有同样规模和可靠性的新能源系统,不仅需耗时数十年,还要付出巨额的开支。这将需要未来几代工程师的共同努力。

 

科学松鼠 @橡树村 评论此文说:

新能源热了有几年了,这个技术热点吸引了很多科研、媒体和投资人的关注,政府也非常重视。不过很容易看到一种过分乐观的情绪,特别是一些极端环保主义者,认为目前的新能源已经完全准备好了,已经到了停建甚至关闭化石能源的时候了。实际情况并不这么乐观。本文分析了在发达国家推广新能源所面临的困难。中国的情况与这些发达国家并不同。在发达国家,能源消费增长缓慢,新能源的推广是在替代传统能源。中国仍然处于高速发展期,新能源的推广实际上提供了传统能源之外的能源补充方案,是对传统能源的补充。并且,中国的能源网络仍然处在建设期,新能源建设所需要的特殊的基础设施完全可能在能源网络扩充的时候就考虑进去,可能更加有利于新能源的推广。

(橡树村从事替代能源领域研究,关注替代能源问题,气候变化问题,以及南非、非洲问题。)

 

 

编译自: A Skeptic Looks at Alternative Energy
刊发信息: IEEE《科技纵览》7月刊
作者简介: 瓦茨拉夫·斯米尔(Vaclav Smil)是加拿大曼尼托巴大学环境地理系的著名教授。他表示,本文的灵感来自于50多年前,那时他还是布拉格大学的一名学生。他说:“人们往往以为科技瞬息万变,其实并非如此。科技的发展循序渐进,需要很长的时间才能造成真正的改变。因此,我认为任何复杂的系统都不可能在一朝一夕发生变化”。
图片来源: spectrum.ieee.org

除去水力和地热发电之外,其它可再生能源还无法在不依靠政府补贴的情况下与传统能源竞争。原因是多方面的,其中之一是较低的容量系数(即发电站的最大发电量和装机容量的比值)。一般情况下,核电站的容量系数为90%以上,火电站的容量系数在65%到70%之间;然而,即使在晴朗的西班牙,太阳能发电站的容量系数也达不到20%;安装在干燥陆地上的风力发电机,有25%到30%的容量系数,而安装在近海可以达到40%。如果要利用太阳能或风力发电,就需要在相应资源充沛的地区铺设整套电力线;同时,由于太阳能和风力的不稳定性,我们还得应对变化多端的电网负载。

比如,美国前副总统阿尔·戈尔在2008年提出了一项计划,要在十年内,用新能源取代美国所有使用化石燃料的发电站。Google也有自己的计划,那就是在2030年以前,削减掉美国的全部火电站;这项计划提出于2008年,而在2011年宣布放弃。另一项更具野心的计划,来自一篇2009年发布于《科学美国人》的文章,作者马克·雅各布森(Mark Jacobson)和马克·德鲁奇(Mark Delucchi)分别是斯坦福大学的土木工程学教授和加州大学戴维斯分校研究运输系统的学者。两人提出,要在2030年以前,将世界上的全部能源替换为新能源。

促使这一切发生的,是政治背后的最大推手:金钱。在新的可再生能源的地盘上,政府补贴是王道,而消费者却要为此买单。

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