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能源转型:未来是清洁能源的时代

    假如时间倒退到1980年,我们无法想象2015年的生活,互联网、智能手机、高铁等高科技及成果成为我们生活的一部分。同样,我们现在也无法想象35年后的2050年,我们生活中还有哪些不可或缺的部分,但或许清洁能源将是一个。
      温饱问题、交通问题、通信问题已在过去35年得到了极大解决,环境污染、气候变化、雾霾等问题取而代之,成为人类最急迫需要解决的问题,人类的可持续发展急需降低化石能源的消耗。如果说过去的35年是科技改变生活,那么未来35年将是清洁能源拯救生活。

      能源转型:未来是清洁能源的时代

      和信息通信领域的互联网、交通领域的高铁类似,能源领域的转型也伴随着各种新技术突破的节奏,一步步从诞生、快速成长走向大规模普及。新的技术诞生与成长之间相隔20~30年,从快速成长到大规模普及,中间又相隔10~20年。
      商业化风电诞生于1970年代末,而2000年后以丹麦、美国为主的发达国家开始进入了成长期,相信再过10~20年,也就是2020~2030年,风电发展将进入爆发期。光伏发电也是同样。1986年,美国建成全球第一个光伏发电站,30年后的今天,光伏在世界各国进入成长期,中国年均增长30%以上。以此推算,2030~2040年左右,光伏发电将进入全球爆发期。
      每年太阳照射到地球上的能量相当于116万亿吨标准煤,而2014年全球人类总的用能量不过200亿吨标准煤,不足太阳能辐射量的万分之二。换句话说,即便考虑太阳能光伏板发电效率、照射角度等因素,只要把占地球表面积百分之一的撒哈拉沙漠铺满太阳能光伏电池板,就能满足人类到2050年的所有用能需求。
      如果铺上太阳能电池板就能获得电能,那为什么还要开采需要几亿年才能形成的化石能源呢?清洁的电能可以极大地净化我们的生活。人类应该有足够的自信到2050年摆脱化石能源的依赖,完成以使用化石能源为主到使用清洁能源为主的能源大转型。
      部分发达国家已经走在世界前列。德国的光伏发电量世界第一,英国的海上风电、日本的家庭光伏发电、加拿大的水电、意大利的光伏发电,这些都是各个国家能源转型的不同选择。2015年七国集团领导人峰会提出到2050年七国要实现100%利用风、光、水等清洁能源的目标。这一目标震惊能源界:目前,七国的风电、光伏发电和水电的利用量不到本国能源消费总量的20%,要在未来35年内完成摒弃化石能源,100%利用清洁能源的能源转型目标,需要有相当大的魄力。

      全球能源互联网:清洁能源共享之路

      风能、太阳能虽然无处不在,但分布并不均衡,不是所有地方都符合开发风电场、太阳能发电站的条件。全球普遍存在清洁能源与用能需求的逆向分布。
      以中国为例,东部地区经济发展快、能源消费量高,但清洁能源可开发量小,太阳能年辐射量不到1300千瓦时/平方米,而青海、西藏等西部地区年辐射量超过1800千瓦时/平方米,但用能量远低于东部地区。不过,电能具有其他能源所无法比拟的特性——瞬时传输性。因此,就地开发、远距离输送成为清洁能源大规模开发利用的解决之道。中国以西北为清洁能源开发基地,建设多条特高压输电通道,将中国西部的清洁能源源源不断地送到东部的用能中心。
      目前,分布式发电以自家屋顶铺设的太阳能电池和房屋旁边设立小型风力发电机两种形式为主。相对而言,由于风机本身发电时的噪音、旋转叶片的安全性等问题,分布式光伏发电设备更受青睐,发展也快得多。在一些发达国家,如德国、日本,由于屋顶面积足够、自发自用更为实惠、国家财政补贴等因素,分布式光伏发电很常见。
      不过,分布式电源多在用电负荷中心,因而全球总体开发规模仍受资源条件限制。一般来说,分布式电源的发电成本要比大规模开发的清洁能源发电成本高30%以上,而且分布式电源大多分布在人口密集的用电负荷地区,电站安装面积与用电负荷无法匹配。因此,对发展中国家或工业化国家而言,分布式电源不论在发电成本还是在供电能力方面,都不能满足用户需求。
      当本地分布式电源不足以支撑当地用能需求,只能通过距离用电中心较远的大型清洁能源发电基地送电。但清洁能源最大的问题在于“靠天吃饭”,不像煤炭等化石能源发电站可依据负荷需求调整发电量。这样的特性使得清洁能源与用电负荷的需求存在时间差,加之电能不能大规模存储的问题,清洁能源发电具有大幅波动性。解决这些问题,只能依靠电网互联。而研究数据表明,随着电网互联区域的扩大,联网区域内的清洁能源发电出力曲线将越来越平滑,而且还将纳入更多的水电调峰资源,使清洁能源的发电出力更加可控。
      习近平主席在联合国发展峰会上倡议探讨构建全球能源互联网,正是看到了全球能源互联网对清洁能源的促进作用。可以想象,2050年全球都在使用清洁能源时,全球能源互联网将承载着能源瞬间配置的功能,在这张“电力高速路网”上,人类将实现清洁能源全球共享。