一個國家可依靠“100%可再生能源”嗎？

2017-11-01 11:31:55 中國能源網(wǎng) 　　點擊量：評論 (0)

一個國家要實現(xiàn)清潔低碳能源轉(zhuǎn)型，可依靠100%可再生能源嗎?這是個現(xiàn)實問題，無法回避，必須明確。但要使人折服，并不容易。許多人提出各種解答，都有一定道理，但多嫌不夠嚴謹或有懈可擊。美國吉恩·普雷斯頓(Eu

一個國家要實現(xiàn)“清潔低碳”能源轉(zhuǎn)型，可依靠“100%可再生能源”嗎?這是個現(xiàn)實問題，無法回避，必須明確。但要使人“折服”，并不容易。許多人提出各種解答，都有一定道理，但多嫌不夠嚴謹或“有”懈可擊。美國吉恩·普雷斯頓(Eugene Preston)博士在《可想象》(Thinkable)網(wǎng)站上提出了自己的見解。他自1997年把“電網(wǎng)可靠性”作為自己的學位論文以來，一直專事這方面的研究。他的回答是“非常不可能”。他的回答包含足夠的細節(jié)，擬說服所有的人，但“狂熱信徒”除外。

他曾在美國《德克薩斯大學能源論壇》(UTES)講演，以視頻和幻燈片格式發(fā)表[1]，《核能見解》(Atomic Insights )網(wǎng)站東道主、核能專家基德•阿達姆斯(Rod Adams)“略經(jīng)編輯和重新格式化”，把它轉(zhuǎn)化為有連貫性的文字[2]，大意如下：

100%，意味著無時無刻，每個小時，從天氣好的年份到天氣壞的年份。

簡單地問一個問題，是否每小時都有足夠的能力(容量)滿足電力需求?我做了許多可靠性研究，最近到德州電力可靠性委員會(ERCOT)做報告說，包括各種情景在內(nèi)，可再生能源的占比(穿透率或普及率)可推高到75%。同日，給某些大學生做了同樣的演講。這個講演有視頻記錄并已存檔，因此比“幻燈片”描繪的，包含更多的細節(jié)。

普雷斯頓博士在德克薩斯大學能源論壇講演

ERCOT有相當多的風電和能源，年平均需求約40GWe, 70GWe的峰值系統(tǒng)中20GWe是風能。現(xiàn)在剛開始給系統(tǒng)添加大量太陽能。

模擬顯示，某個地方太陽能約從7GWe到14GWe，有“多余”的電力。有時開始大量“傾倒”過剩的能源。加州現(xiàn)已“不得不”那么做。(傾倒，可理解為歐洲電力市場上的“負電價”或“棄光”。)

這是能源浪費。而早在轉(zhuǎn)向可再生能源的初期，占比大概20%-30%，就開始浪費這種可再生能源。...為了停止傾倒這種寶貴的能源，需要“儲能”。

在模型中添加儲能，工作得很好。有個表格顯示不同占比的情景，以及需要多少儲能[1]。最初，儲能只用于“調(diào)峰”的能量轉(zhuǎn)移。

隨著可再生能源“承載”越來越多的負荷，滿足調(diào)峰，可再生能源開始“堅持”較長的時間。不斷添加更多可再生能源和更多儲能，很快就會發(fā)現(xiàn)可再生能源幾乎已“承擔”起所有的能耗。

但有個問題。每隔一段時間，就會看到可再生能源生產(chǎn)出現(xiàn)“能源短缺”。因為風能和太陽能恰好有個能源低產(chǎn)期。在需要“調(diào)配”能源時有足夠的儲能，這不是問題。問題是，風能、太陽能和水力發(fā)電不可避免地“有時”不能在整個州到處生產(chǎn)許多能源。

如果可再生能源缺產(chǎn)一天，就必須啟動燃氣發(fā)電機組滿足電力需求。所以運行“可靠性測試系統(tǒng)”程序(RTS3)，“強迫”我們不能讓所有的燃氣發(fā)電機組退役。其實，可再生能源無法產(chǎn)生足夠的能源時，就必須使大部分化石燃料產(chǎn)能保持“備用”狀態(tài)。

所以，這就阻止了100%轉(zhuǎn)化為可再生能源。

如果可以長期儲能，就像有個“糧倉”，那會怎么樣?假設(shè)可以制造某種液體，比如流體蓄電池，就可以大量儲能。甚至可以儲能幾年，可以用足夠的儲能“渡過”低產(chǎn)量的年份。

但是，這項技術(shù)還沒有發(fā)明出來。

因此，在發(fā)明長期儲能之前，無法實現(xiàn)100%可再生能源。誰都可以下載RTS3模型，運行自己設(shè)想的方案。我甚至可以為你準備來自公用資源CAISO(California Independent System Operation)的數(shù)據(jù)。

如果有個“長期干旱”，水力發(fā)電減少好幾年，CAISO就有很嚴重的可靠性問題。水能是一種“眷顧”，也是一種“詛咒”。多雨的年份是祝福，干旱的年份就是詛咒。在過去1200年里，加州經(jīng)歷了2013-2015年最干旱的年份，下一次干旱是什么時候?需要什么樣的資源才能保證嚴重的干旱期間，讓“電燈”繼續(xù)亮下去?

在能源組合中加入某些核能，會使系統(tǒng)的裝機容量和能源的多樣性更可靠。也能減少CO2排放。擺脫化石燃料，是我們的共同目標。

《核能見解》網(wǎng)站此文附有社會公眾的評論。有些見解，言簡意賅：

●幾乎所有對這個課題進行嚴肅系統(tǒng)與工程級分析的人，都得出了同樣的結(jié)論：一個國家不能靠容量因子只有10-30%的能源提供電力，它的動力來自隨機可用(風能)和整體共模失效(太陽能在夜間，冬季)的資源。人們不明白，這個問題是資源問題，不是技術(shù)問題。太陽能電池板非常可靠，比燃煤電廠有更多的優(yōu)勢，因為后者有很多運動部件破壞和降低可靠性。不管太陽能板和渦輪機有多好，風和陽光都不會變得更可靠。如果有任何的氣候變化，可以期待有更大的變化和意想不到的極端條件。

●儲能是理論上的解決方案，但在所需的規(guī)模上不可行。即使能儲存一、兩周時間，對于一個可靠的無碳電網(wǎng)來說，仍然遠遠不夠，已遠遠超出資源和經(jīng)濟可行性的范圍。一個很好的例子是湯姆墨菲(Tom Murphy)教授的文章[3]。

●問題不在于技術(shù)。太陽能電池板工作得很好，研發(fā)可以使它們更有效率。但不能讓太陽在夜間、在冬天或在厚厚的云層中發(fā)光。不能使一個10-20%容量系數(shù)的PV系統(tǒng)(在遙遠的北方，甚至還不到10%)進入80%容量系數(shù)的系統(tǒng)。在德國，全國所有太陽能電池板的典型冬季生產(chǎn)能力范圍從0.1%到4%不等。典型的12月/1月，整個“機群”的容量因子平均為1-2%。如果有大量儲能設(shè)備(這在經(jīng)濟上是毀滅性的)，那么你就能在圣誕節(jié)的時候給你足夠的電力來維持照明，但是在這個月的其余時間里(12月)仍然沒有電力供應。儲能不能按需求的規(guī)模運行，這是一個資源問題，不是技術(shù)問題。

●風能和太陽能的世界從未被證明有效。那些認真嘗試過的國家，比如德國，僅僅成功地將自己鎖定在使用化石燃料問題上。

●作出承諾之前，需要評估這種想法的優(yōu)點。因為大多數(shù)想法行不通，或者是死胡同。就太陽能驅(qū)動的經(jīng)濟而言，顯然是個死胡同。

能源轉(zhuǎn)型，有各種見解，在現(xiàn)實生活中都能找到支持和反對的實例。但做出判斷，要靠“邏輯思維”和“辯證觀點”。前者解決是非問題，后者追求最佳效果。是非決定方向，要非常明確，不能折中或南轅北轍;效果則需要多方面的分析、比較，甚至等待，不必匆忙做出結(jié)論。最后的判據(jù)是社會實踐和經(jīng)濟成就，不是意圖和意識形態(tài)。

參考資料：

1.Gene Preston, Keeping The Lights On As We Transition To Renewables, UT Energy Symposium (UTES), Sept 7, 2017

2.Rod Adams, Dr. Eugene Preston explains why 100% renewable energy is unlikely to the point of impossibility, Atomic Insights, October 12, 2017

3. Tom Murphy, A Nation-Sized Battery, Do the Math, 2011-08-02