一個(gè)國(guó)家可依靠“100%可再生能源”嗎？

一個(gè)國(guó)家要實(shí)現(xiàn)“清潔低碳”能源轉(zhuǎn)型，可依靠“100%可再生能源”嗎?這是個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，無(wú)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(yán)謹(jǐn)或“有”懈可擊。美國(guó)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(jiàn)解。他自1997年把“電網(wǎng)可靠性”作為自己的學(xué)位論文以來(lái)，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(xì)節(jié)，擬說(shuō)服所有的人，但“狂熱信徒”除外。

他曾在美國(guó)《德克薩斯大學(xué)能源論壇》(UTES)講演，以視頻和幻燈片格式發(fā)表[1]，《核能見(jiàn)解》(Atomic Insights )網(wǎng)站東道主、核能專家基德•阿達(dá)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(wú)時(shí)無(wú)刻，每個(gè)小時(shí)，從天氣好的年份到天氣壞的年份。

簡(jiǎn)單地問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，是否每小時(shí)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(huì)(ERCOT)做報(bào)告說(shuō)，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(xué)生做了同樣的演講。這個(gè)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(xì)節(jié)。

普雷斯頓博士在德克薩斯大學(xué)能源論壇講演

ERCOT有相當(dāng)多的風(fēng)電和能源，年平均需求約40GWe, 70GWe的峰值系統(tǒng)中20GWe是風(fēng)能?，F(xiàn)在剛開始給系統(tǒng)添加大量太陽(yáng)能。

模擬顯示，某個(gè)地方太陽(yáng)能約從7GWe到14GWe，有“多余”的電力。有時(shí)開始大量“傾倒”過(guò)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(chǎng)上的“負(fù)電價(jià)”或“棄光”。)

這是能源浪費(fèi)。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(fèi)這種可再生能源。...為了停止傾倒這種寶貴的能源，需要“儲(chǔ)能”。

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

隨著可再生能源“承載”越來(lái)越多的負(fù)荷，滿足調(diào)峰，可再生能源開始“堅(jiān)持”較長(zhǎng)的時(shí)間。不斷添加更多可再生能源和更多儲(chǔ)能，很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)可再生能源幾乎已“承擔(dān)”起所有的能耗。

但有個(gè)問(wèn)題。每隔一段時(shí)間，就會(huì)看到可再生能源生產(chǎn)出現(xiàn)“能源短缺”。因?yàn)?a href="http://www.msthinker.com/news/list/9/" target="_blank">風(fēng)能和太陽(yáng)能恰好有個(gè)能源低產(chǎn)期。在需要“調(diào)配”能源時(shí)有足夠的儲(chǔ)能，這不是問(wèn)題。問(wèn)題是，風(fēng)能、太陽(yáng)能和水力發(fā)電不可避免地“有時(shí)”不能在整個(gè)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(dòng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組滿足電力需求。所以運(yùn)行“可靠性測(cè)試系統(tǒng)”程序(RTS3)，“強(qiáng)迫”我們不能讓所有的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組退役。其實(shí)，可再生能源無(wú)法產(chǎn)生足夠的能源時(shí)，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(zhǎng)期儲(chǔ)能，就像有個(gè)“糧倉(cāng)”，那會(huì)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?jī)?chǔ)能。甚至可以儲(chǔ)能幾年，可以用足夠的儲(chǔ)能“渡過(guò)”低產(chǎn)量的年份。

但是，這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有發(fā)明出來(lái)。

因此，在發(fā)明長(zhǎng)期儲(chǔ)能之前，無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%可再生能源。誰(shuí)都可以下載RTS3模型，運(yùn)行自己設(shè)想的方案。我甚至可以為你準(zhǔn)備來(lái)自公用資源CAISO(California Independent System Operation)的數(shù)據(jù)。

如果有個(gè)“長(zhǎng)期干旱”，水力發(fā)電減少好幾年，CAISO就有很嚴(yán)重的可靠性問(wèn)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(guò)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(shí)候?需要什么樣的資源才能保證嚴(yán)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(huì)使系統(tǒng)的裝機(jī)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(biāo)。

《核能見(jiàn)解》網(wǎng)站此文附有社會(huì)公眾的評(píng)論。有些見(jiàn)解，言簡(jiǎn)意賅：

●幾乎所有對(duì)這個(gè)課題進(jìn)行嚴(yán)肅系統(tǒng)與工程級(jí)分析的人，都得出了同樣的結(jié)論：一個(gè)國(guó)家不能靠容量因子只有10-30%的能源提供電力，它的動(dòng)力來(lái)自隨機(jī)可用(風(fēng)能)和整體共模失效(太陽(yáng)能在夜間，冬季)的資源。人們不明白，這個(gè)問(wèn)題是資源問(wèn)題，不是技術(shù)問(wèn)題。太陽(yáng)能電池板非常可靠，比燃煤電廠有更多的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楹笳哂泻芏噙\(yùn)動(dòng)部件破壞和降低可靠性。不管太陽(yáng)能板和渦輪機(jī)有多好，風(fēng)和陽(yáng)光都不會(huì)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(chǔ)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(chǔ)存一、兩周時(shí)間，對(duì)于一個(gè)可靠的無(wú)碳電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出資源和經(jīng)濟(jì)可行性的范圍。一個(gè)很好的例子是湯姆墨菲(Tom Murphy)教授的文章[3]。

●問(wèn)題不在于技術(shù)。太陽(yáng)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(yáng)在夜間、在冬天或在厚厚的云層中發(fā)光。不能使一個(gè)10-20%容量系數(shù)的PV系統(tǒng)(在遙遠(yuǎn)的北方，甚至還不到10%)進(jìn)入80%容量系數(shù)的系統(tǒng)。在德國(guó)，全國(guó)所有太陽(yáng)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(gè)“機(jī)群”的容量因子平均為1-2%。如果有大量?jī)?chǔ)能設(shè)備(這在經(jīng)濟(jì)上是毀滅性的)，那么你就能在圣誕節(jié)的時(shí)候給你足夠的電力來(lái)維持照明，但是在這個(gè)月的其余時(shí)間里(12月)仍然沒(méi)有電力供應(yīng)。儲(chǔ)能不能按需求的規(guī)模運(yùn)行，這是一個(gè)資源問(wèn)題，不是技術(shù)問(wèn)題。

●風(fēng)能和太陽(yáng)能的世界從未被證明有效。那些認(rèn)真嘗試過(guò)的國(guó)家，比如德國(guó)，僅僅成功地將自己鎖定在使用化石燃料問(wèn)題上。

●作出承諾之前，需要評(píng)估這種想法的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)想法行不通，或者是死胡同。就太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)而言，顯然是個(gè)死胡同。

能源轉(zhuǎn)型，有各種見(jiàn)解，在現(xiàn)實(shí)生活中都能找到支持和反對(duì)的實(shí)例。但做出判斷，要靠“邏輯思維”和“辯證觀點(diǎn)”。前者解決是非問(wèn)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(huì)實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)成就，不是意圖和意識(shí)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