對新能源熱潮的“冷”思考

1、對新能源熱潮的冷”思考目前新能源產業(yè)的發(fā)展，不僅本身困難重重，更在全球范圍內嚴重失衡。新能源系統(tǒng)的建設將會是一個緩 慢而艱難的進程，不可操之過急。(文/ VACLAV SMIL ) 2004年6月，一家能源期刊的編輯打來電話，說最近發(fā)布了一份建造世界上最大的太陽能發(fā)電站的計劃，想聽聽我的看法。準備建在哪兒？ ”我問道，並利桑那、西班牙、還是北非？”其實都不對，它將位于紐倫堡的東南方，橫跨巴伐利亞鄉(xiāng)間的三個地區(qū)。我說，這肯定是搞錯了。我的故鄉(xiāng)就在國境對面的捷克，離那兒不遠。直到今天，我都還清楚地記得，那里的夏季陰雨綿綿，我們每天都只能在屋里度過。巴伐利亞的天氣，就像是美國的西雅圖，或者中國的四川

2、。 那里根本不適合修建太陽能發(fā)電站，可德國人卻偏偏反其道而行之。這座輸出峰值為 10兆瓦的發(fā)電站已于 2005年6月投入使用。促使這一切發(fā)生的，是政治背后的最大推手：金錢。在新的可再生能源的地盤上，政府補貼是王道，而消費者卻要為此買單。除去水力和地熱發(fā)電之外，其它可再生能源還無法在不依靠政府補貼的情況下與傳統(tǒng)能源競 爭。原因是多方面的，其中之一是較低的容量系數(shù)(即發(fā)電站的最大發(fā)電量和裝機容量的比 值)。一般情況下，核電站的容量系數(shù)為 90%以上，火電站的容量系數(shù)在 65%到70%之間； 然而，即使在晴朗的西班牙，太陽能發(fā)電站的容量系數(shù)也達不到20% ;安裝在干燥陸地上的風力發(fā)電機，有 25%到

3、30%的容量系數(shù)，而安裝在近?？梢赃_到40%。如果要利用太陽能或風力發(fā)電，就需要在相應資源充沛的地區(qū)鋪設整套電力線；同時，由于太陽能和風力的不穩(wěn)定性，我們還得應對變化多端的電網(wǎng)負載。雖然這些缺點人所周知，卻被新能源的擁躉和各種媒體輕易地拋諸腦后。最糟糕的是，這些鼓吹者并沒有意識到，即使新能源的優(yōu)勢再顯著，推廣它們也是需要時間的。比如，美國前副總統(tǒng)阿爾戈爾在2008年提出了一項計劃，要在十年內，用新能源取代美國所有使用化石燃料的發(fā)電站。Google也有自己的計劃，那就是在 2030年以前，削減掉美國的全部火電站；這項計劃提出于2008年，而在2011年宣布放棄。另一項更具野心的計劃，來自一篇20

4、09年發(fā)布于科學美國人的文章，作者馬克 雅各布森(Mark Jacobson ) 和馬克德魯奇(Mark Delucchi )分別是斯坦福大學的土木工程學教授和加州大學戴維斯分 校研究運輸系統(tǒng)的學者。兩人提出，要在2030年以前，將世界上的全部能源替換為新能源。 從歷史和技術的角度來看，他們大大低估了新能源帶來的諸多問題。發(fā)展新能源，全靠政府補貼？德國政府在2004年提出，要在未來20年內，向太陽能發(fā)電的投資者提供每千瓦時0.57歐元的補貼(即 上網(wǎng)電價補貼”)。真不知道他們到底是怎么想的一一當時使用其他能源的電力價格是每千瓦時 0.20歐元；而美國2004年的平均電價是 7.6美分，也就是每

5、千瓦時0.06 歐元。可以想象，在補貼的刺激下，巴伐利亞的太陽能發(fā)電站只是個開始。到2011年底時，德國的太陽能發(fā)電站的總裝機容量達到了25兆瓦，比全球總量的三分之一還多。當一種能源剛開始得到巨額補貼時，一切都會顯得無比順利，不過它最終還是要面對現(xiàn)實。今年三月，當?shù)聡鴩鴷弥緡娰M在歐洲排名第二時，他們通過投票，削減了各種太陽能發(fā)電補貼， 最咼幅度達29%。針對新能源的大手筆補貼，并非只在德國才有，這是全世界的常態(tài)。 西班牙也曾經(jīng)對風能和太陽能發(fā)電站進行過補貼，到2010年才把對大型發(fā)電站的補貼額減少了一半。2010年12月，美國因中國向風力發(fā)電機制造商提供的高額補貼，向世界貿易組織提起了訴

6、訟。而在美國，得到最高政府補貼的能源產業(yè)既不是風電，也不是太陽能，而是生物燃料；具體地說， 是用玉米提煉的乙醇。根據(jù)美國審計總署的數(shù)據(jù)，2011年美國對乙醇制造業(yè)的稅務補貼，一共花去了納稅人61億美元。除此之外，乙醇制造業(yè)還帶來了三項隱性支出：第一，水土流失；第二，化肥中多 余的硝酸鹽會隨河流進入墨西哥灣，在沿岸形成死亡區(qū)”；第三，作為世界上最大的糧食出口國，美國把40%的玉米收成用于乙醇生產。而最大的浪費在于，用其制造出的乙醇燃料， 大多數(shù)都用于低效能的乙醇動力汽車。也許你會說，政府補貼的出發(fā)點是好的；的確，用補貼刺激新能源發(fā)展的做法早已有之。為鼓勵勘探，政府已向石油和天然氣產業(yè)提供了數(shù)十年

7、的減稅。核電的發(fā)展完全依賴于政府提供的巨額研發(fā)經(jīng)費。從 1948年到2007年，核電的研發(fā)補貼幾乎占到了美國聯(lián)邦科研總支出的54%。在法國，核電獲得了國家電力公司的全力資助。沒有這些經(jīng)費支持，核電在法國絕不可能發(fā)展到今天 75%的占有率。但我們必須思索，對新能源的經(jīng)濟補貼，是否能起到其支持者承諾的效果？不要被這些新能源的支持者夸下的?？跊_昏頭腦。他們說，只需短短幾十年的時間，這些新能源就能徹底取代化石燃料，創(chuàng)造出一個可靠并綠色的無碳能源系統(tǒng)，而且價格不會高于目前最廉價的火電系統(tǒng)。這樣，我們就能及時阻止大氣中二氧化碳濃度從394ppm上升到450ppm。據(jù)氣象學家預測，當二氧化碳濃度達到 450

8、ppm時，全球平均氣溫將會升高 2 C。 我當然希望他們的承諾都能兌現(xiàn)，但我更愿意相信清晰準確的科學分析。1971198019091996被大力推動的核電。核電是第一種高度依賴政府投資和補貼發(fā)展的主要能源形式，它在美國、日本和法國不同的發(fā)展軌跡證明了這一點。新能源產業(yè)的困境成本與規(guī)模多年以來，種類繁多的補貼和投機取巧的商業(yè)運作推動了新能源的發(fā)展。也正因為如此，很難判斷新能源的價格到底是否已經(jīng)降至合理范圍。 歐洲風能協(xié)會和美國風能協(xié)會都聲稱， 風 電的價格已經(jīng)低于火電； 而太陽能的支持者根據(jù)光伏電池成本迅速降低的走勢預測，未來太陽能電力的價格會非常低廉。不過，另外一些分析并不支持廉價風電的說法；

9、同時，一些研究者考慮到，要建造太陽能發(fā)電站，不僅需要光伏電池，還需要支架、換流器、電池，以及人力。這些相關物資的費用并 沒有大幅降低；因此，從 2000年至今，美國的太陽能電力價格并未發(fā)生顯著改變：2000年時，太陽能電力的平均價格為每千瓦時40美分；太陽能研究機構 Solarbuzz的數(shù)據(jù)顯示，2012年，太陽能電力均價為：晴朗天氣每千瓦時28.91美分，多云天氣每千瓦時63.60美分。相比之下，2011年美國化石燃料發(fā)電的均價是每千瓦時11到12美分一一太陽能發(fā)電還是貴得多。大規(guī)模、廣泛普及的太陽能發(fā)電時代，離我們還是有一段距離的。再看看發(fā)電規(guī)模。從商業(yè)應用上看，風力發(fā)電比太陽能發(fā)電更成熟

10、，可是，截至2011年底，美國的風電裝機容量為 47兆瓦，只占到夏季裝機總容量的4%。由于美國風力發(fā)電的容量系數(shù)很小，2011年美國總發(fā)電量中，風電的比例只有3%。從上世紀80年代的小型風力發(fā)電機至今，風電花了 30年時間才取得了如此微小的占有率。 與此相比，核電自從 1957年投入使用以來，在 30年內占據(jù)了美國總發(fā)電量的 20% ;燃氣 發(fā)電機出現(xiàn)于上世紀 60年代初期，30年后，它也擁有了 10%的份額。人們對風電的發(fā)展速度抱有一種錯誤的樂觀心態(tài)一一這是因為，現(xiàn)有的增長率是從一個極小的基數(shù)算起的。從 2001年到2011年，全球風力發(fā)電的總裝機量翻了6番，可是這說明不了太多問題。這種高增

11、長率是系統(tǒng)早期發(fā)展時的典型狀態(tài)，尤其對于風電這種主要靠補貼來刺激發(fā)展的系統(tǒng)來說，情況更是如此。風力和太陽能發(fā)電的前景，還面臨著另一個變數(shù)：利用新的水力壓裂法，我們能夠從頁巖中開采出大量天然氣。目前，在美國和加拿大之外，這種采鉆技術還尚未被廣泛使用。不過，在歐洲、亞洲和拉丁美洲的許多國家，頁巖天然氣儲量都非常豐富，水力壓裂法的潛力可觀。法、德等國家禁止用這種方式開采天然氣，因為它可能會破壞環(huán)境。然而，任何新能源都會引發(fā)這種擔憂，甚至那些標榜著綠色”的能源也是如此。此外，天然氣發(fā)電非常的高效。以燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站為例，它利用燃氣機散發(fā) 的熱能來產生蒸汽，并用它來驅動一臺蒸汽發(fā)電機。而且，60兆

12、瓦容量以內的燃氣發(fā)電機組，僅用一個月的時間就能完成安裝并投入使用；同時，它們選址靈活，可以方便地接入現(xiàn)有的輸電網(wǎng)絡。中國印度美國作為碳排放兩大巨頭，中國和印度的碳排放量超過了美國。圖片：Bryan Christie Desig n;Data Source: Vaclav Smil選址與維護大型風電場的選址常常會引起爭議。許多人要么不喜歡風電機的外形，要么討厭它們的噪音，要么擔心它們對遷徙鳥群和蝙蝠的不良影響。而有些選址在近海的風電項目也出現(xiàn)了這個問題。比如說，在馬薩諸塞州的馬薩葡萄園島， 原計劃建造美國第一座近海風力發(fā)電場， 然而 由于當?shù)鼐用竦姆磳?，這個項目被擱置了數(shù)年。風能的不連續(xù)性，使人

13、們難以預估它在幾天 內的發(fā)電量，而大型風電機組運作經(jīng)驗的不足， 又給項目帶來了更大的不確定性。 我們還需 要一些時間，來了解風力發(fā)電機在 20到30年壽命里的穩(wěn)定性，以及維修費用。另外，要利用風力發(fā)電場的電能，我們還得鋪設大量的高壓輸電線，把它們接入電網(wǎng)。這可是一項既昂貴，又存在法律風險的工作。設想一下，如果大型風力發(fā)電場都分布在風能充足， 土地遼闊的美國中部大平原， 那么我們 還需要鋪設幾千公里的輸電線， 把電能送到東西海岸用電量大的地區(qū)。 當然，對于面積不大， 和鄰國聯(lián)系緊密的國家來說， 這并不算什么大問題；這也是丹麥在風電領域領先的原因之一。而對于美國來說，要發(fā)展風能，不僅需要鋪設新的輸

14、電線，還要將它們接入本就不堪重負、供不應求的電網(wǎng)。美國土木工程師協(xié)會(American Society of Civil En gi neers)在2009年美國基礎設施現(xiàn)狀報告中，對美國的能源系統(tǒng)給出了D+的評級。如此差評最主要的原因在于，夏季用電高峰的電力負荷，常常讓老舊的電網(wǎng)瀕臨崩潰。想要著手提高這個評級， 需要解決的不僅僅是諸多的技術難題-基礎設施的改造項目還常會面臨政客的反對，或是遭遇踢皮球”的尷尬局面。歐洲各國內部的電網(wǎng)聯(lián)系比較緊密，但在推廣風能和太陽能時，他們也有著自己的問題。 不甚樂觀的經(jīng)濟前景制約了歐洲國家對新科技投資的力度。德國是歐盟最強的經(jīng)濟體，也是新能源的大力支持者，

15、可他們面對的也絕非一片坦途。在日本福島災難之后， 德國決定逐步放棄核電，這意味著他們需要找到取代核電的新能源。在風能和太陽能的補貼日漸減少，國內經(jīng)濟也日益蕭條的背景下，這個問題可不是那么容易解決的。新能源的加速發(fā)展離不開政府的主導，個人或企業(yè)的力量通常都遠遠不足以能夠推廣能源產業(yè)。然而，當建設關鍵的基礎設施時，就連那些經(jīng)濟實力雄厚的政府，也在日益增加的債務面前顯得有些力不從心。他們還同時需要解決醫(yī)療保險、貿易逆差、缺乏競爭力的制造業(yè)、 稅收收入不足等等問題； 而且，無論是歐盟還是美國政府，他們在補貼新能源的研發(fā)時，并 沒有兌現(xiàn)他們經(jīng)常掛在嘴上的承諾：創(chuàng)造穩(wěn)定、優(yōu)質的就業(yè)機會。新舊交替的緩慢進程

16、新能源的最終目標在于緩解全球氣候變暖；使用風能、太陽能和生物能源， 可以減少溫室氣體的排放量。不過，由于溫室氣體具有全球效應，新能源的實際效果也要從全球角度來考察。 我們會發(fā)現(xiàn)，西方國家利用風能和太陽能減少的二氧化碳排放量，遠遠比不上中國和印度與日俱增的煤炭燃燒量。美國每年岡力岌電量在總.產能半的比例0.150.44%229%100806G4020200020052QW20111990Brya n中國新增的大型火電10兆瓦的火電裝機量。與此同時Christie Design; Data Source: Vaclav Smil28兆瓦的風電裝機量風電在美國發(fā)展迅猛。但從歷史上科技的發(fā)展規(guī)律看，真

17、正的挑戰(zhàn)還未到來。圖片由于容量系數(shù)不同，這相當于不到30年之久。僅在2010站裝機容量，是這個數(shù)字的30倍。這些新火電站的預期壽命至少為看看這些令人震驚的數(shù)據(jù)吧：從2004到2009年，美國一共增加了兆瓦/時12G年一年里，中國的二氧化碳排放量就增加了8億噸，這幾乎是美國總排放量的15% ;而在這一年里，美國的風電總發(fā)電量為 950億千瓦時，按照理論推算，這只減少了 6500萬噸的 二氧化碳排放。另外，到 2015年時，中國火電裝機容量還將增加200兆瓦，而美國的風電裝機量將增加30兆瓦，換算為火電裝機容量則僅有15兆瓦。當然，亞洲的煤炭消耗速度終將減緩，但即便如此，大氣中的二氧化碳濃度也不太

18、可能控制在450ppm以下。對于新舊能源的更迭， 最被人誤解的也許就是它的速度。新能源取代舊能源是一個非常緩慢的過程一在美國，核電用了 23年的時間取得了總發(fā)電量中 10%的比例，而在1995年，也 就是它誕生38年后，才達到了 20%的份額。燃氣發(fā)電更是花了45年時間，才取得了 20%的份額。到2025年，風力發(fā)電機將迎來 30歲生日。到那時，假如它在美國的發(fā)電份額能達到15%，就已經(jīng)算是了不起的成功了。而對于太陽能的市場份額，即使是最樂觀的預測，也達不到這個比例的一半。尋找無碳能源是一項值得努力的目標；有朝一日，某些新能源終將占領市場。但是，想要達到這個目標，決策者不能頭腦發(fā)熱，好高騖遠。

19、舉個不太恰當，卻非常形象的 例子：讓一輛巨大的油罐車掉頭，可不是那么容易的事。改變當今世界基于化石燃料的能源系統(tǒng)，是一項極其艱巨的任務。這個能源系統(tǒng)每年生產70億噸的硬煤和褐煤、40億噸的原油，以及 3萬億立方米的天然氣，然后將它們轉化為140億千瓦時的電能。無數(shù)煤礦、油田和氣田、煉油廠、輸油管、各種運油車、加油站、發(fā) 電廠、變壓器、輸電線，還有幾億部消耗著汽油、煤油、柴油，或是其他燃料油的引擎一一共同組成了世界上最龐大、最昂貴的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的建設，花費了幾代人的時間，也消耗了數(shù)十萬億美元的金錢。因此，無論是在10年、20年還是50年的時間里，這個系統(tǒng)都不可能被徹底取代。要想建 設一個具有同樣規(guī)模和可靠性的新能源系統(tǒng)，不僅需耗時數(shù)十年，還要