零碳排放的电力展望

电力发展的简要回顾

电力是现代人类习以为常却又鲜为了解的存在。电力的普及实际是进入二十世纪几十年以后才开始的。早期的电力来源不是我们如今所周知的煤、石油或天然气，而是水。水力发电价格便宜，但是弊端也很明显，修建水库难免涉及对当地人口的大迁移以及影响当地的动物植物生态环境，修建水库也会让土壤中的碳转化为甲烷排入大气中，水力发电量受季节影响明显，雨季旱季以及水流量大小直接左右发电的效能。

石化能源则不受水力发电的局限。石化燃料从地下开采后，运送到发电厂作为烧水燃料，利用沸水的水蒸气驱动涡轮机发电。因为石化能源的价格便宜，电价已经越来越低廉。大多数国家也推进维持石化燃料低价的政策。根据国际能源署估算，全球政府2019年在石化燃料领域的补贴总计多达4000亿美元。这也就是为什么燃煤发电量和石油天然气发电量在全球电力供应的占比约40%和20%，三十年未变化，而太阳能和风能发电量份额只有约7%。

对于电力而言，要消除温室气体排放，我们需要一个适度的绿色溢价。

绿色溢价

绿色溢价是指从非排放源中获得所有电力的额外成本。这里的非排放源包括风能和太阳能、核能，装备有碳捕获设施的燃煤电厂和燃气电厂等。

对于绿色溢价，有限国家无疑是幸运的，拥有庞大的可再生能源，而有些国家则不是，它们可能有风能而缺乏太阳能，可能反之，可能两者皆无。有些信用评分较低的国家更是难以为建立新电厂融资。非洲、亚洲处境即是如此。潜在的电力能源客户如何选择是一个大问题。继续建造低廉的燃煤电厂还是转而使用清洁电力，如果选择前者则无疑导致一场气候灾难，这就是绿色溢价政策亟需出台的意义。

太阳能与风能的不公平开端

要知道，燃气电厂只要运转就必须不断购买燃料，而太阳能风能发电厂，燃料是免费的。另外，石化燃料太便宜，但是其价格中没有计入气候变化的真实成本，没有考虑全球变暖而造成的经济损失，所以清洁能源与之价格战是一开始就不公平的。更何况，一项技术应用越广泛则成本越低廉，绿色电力一开始就不占优势。

不仅如此，太阳能和风能都属于间歇性能源，而人们对于电力的需求则是非间歇性的，所以从经济等角度来看，清洁能源也不会被看好。以太阳能为例，太阳落山后，白天产生的多于电力留给晚上使用，为此我们需要增加多少电费？这至少取决于：1.电池的成本；2.电池的使用寿命。当然间歇性问题不仅在早晚之间，也在夏冬之际。以太阳能为例，夏季产能过剩而冬季产能不足。因为地球自转轴是倾斜的，所以任何地点日照量都会因为四季变化而不同，同理于日光强度，离赤道越远则变化幅度越大，厄瓜多尔可以忽略不计，但加拿大差值就会达到几倍之多。

零碳排放的革命性技术展望

为了解决问题来推进清洁能源，仅仅提高风力涡轮机和太阳能电池板的技术是不够的，要知道电网运营伊始，大多数发电厂建在城市周边，这将更容易利用铁路和管道将石化燃料从开采地运往发电厂，这也造成电网依赖铁路和管道进行长距离燃料输送，然后再依赖输电线路进行短距离电力传输，但这个模式不适用于太阳能和风能。阳光必须在现场被转化为电力，所以在我们走向零碳电力的路上，间歇性问题是推高成本的主要困难，而部署现有的可再生能源设施并提升输电技术是当前最重要的任务。

突破电力部门实现零排放的革命性技术

1.核裂变

核能是能一年四季不分昼夜在任何地方建厂提供可靠电力的无碳能源，也没有任何一种清洁能源发电规模能接近核能，这已是被实践的可大规模应用的技术，在美国20%电力来自于核电厂，而在法国这一比例为70%。可以预见，电网脱碳的实现不可能离开核能技术，尽管核能也有自身问题，比如高昂的建造成本，事故的严重性，以及核废料的难以存储和危险性等。这也正是人类要持续改进核能技术的方向。

2.核聚变

在核能利用领域还有另一个很有前景的方法，目前仍处于实验阶段，与核裂变分裂原子获取能量不同，核聚变涉及原子的聚合或融合。核聚变的基本过程与太阳提供能量相似，首先从一种气体开始，比如某种氢气，让它变得非常热，温度远超五千万摄氏度，同时使其处于一种“等离子体”的带电状态。在超高温下，粒子飞速移动，相互碰撞后聚合在一起，氢离子聚合后转变为氦，并在这个过程中释放巨大能量可被用来发电。

3.离岸风电

在海上或其他水域安装风力涡轮机，离岸风电相比于陆上风力更加稳定，间歇性问题也不突出。对于离岸风电行业来说，寻找制造更大尺寸风力涡轮机的方法是一个工程挑战，这样单个风力涡轮机就能产出更多电力。

4.地热

地下深处数百英尺到一英里的位置埋着可用于产生零碳电力的热岩，人类可以用高压把水注入这些热岩，注入后的水吸收岩石热量，再从另外一口排出，其所获能量可用来驱动涡轮机发电，或者其他方式发电。地热的弊端在于其能量密度很低，也就是每平方米储存的能量不高，开发也需要钻井，最佳钻井地点只有那些位于火山活动地带。这就意味着地热在电力产出方面较之于其他可再生能源占比会很有限，即使这样它也是值得一试的零碳发电技术。

我们将持续分享有关气候经济与能源技术的前沿信息，告诉你哪些技术将真正能帮助践行实现零排放目标。

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