給未來(lái)能源開(kāi)一劑“良藥”

世界需要改變能源系統(tǒng)以確?？沙掷m(xù)增長(zhǎng)。圖片來(lái)源：Construction Photography

2.5億人仍在使用薪柴、木炭做飯取暖;6500萬(wàn)人無(wú)電可用……近日，東北亞和東南亞兩份“能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃研究報(bào)告”發(fā)布，一組數(shù)據(jù)觸目驚心。

雖然當(dāng)下能源技術(shù)不斷發(fā)展，各國(guó)對(duì)清潔發(fā)展和電網(wǎng)互聯(lián)也越加重視，但面臨能源供給形勢(shì)嚴(yán)峻、化石能源比重過(guò)高和跨國(guó)輸電能力不足等問(wèn)題的國(guó)家和地區(qū)仍不在少數(shù)。

此外，“就能源使用而言，我們現(xiàn)在浪費(fèi)了大約一半的一次能源”，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的Benjamin Kroposki在日前舉行的第二屆能源互聯(lián)網(wǎng)與能源系統(tǒng)集成國(guó)際會(huì)議(IEEE EI2)上說(shuō)，“在未來(lái)，我們應(yīng)尋求改變，提高能源使用和生產(chǎn)的靈活性、安全性，并致力于最大限度地利用現(xiàn)有能源基礎(chǔ)設(shè)施”。

不少專家認(rèn)為，能源轉(zhuǎn)型和互聯(lián)互通，是解決能源問(wèn)題的“良藥”。

一直以來(lái)，德國(guó)致力于進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，向有利于分散能源和可再生能源的方向轉(zhuǎn)變，贏得了廣泛的贊譽(yù)和利益。

近日，東芬蘭大學(xué)環(huán)境政策學(xué)家Tuula Teravainen在《自然—能源》上撰文表示，能源轉(zhuǎn)型代表了一種更廣泛的國(guó)際趨勢(shì)，即向新的能源政策和規(guī)劃方式前進(jìn)，德國(guó)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)其他國(guó)家可能也有啟示。

聚焦能源轉(zhuǎn)型

德國(guó)提出了目前極具挑戰(zhàn)性的能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)：到2025年，可再生能源發(fā)電占總發(fā)電比例提至40%到45%，到2050年達(dá)到80%。無(wú)疑，能源轉(zhuǎn)型在德國(guó)已獲得從上到下的廣泛支持。

為了實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)，德國(guó)聯(lián)邦政府在2016年修訂并通過(guò)了《可再生能源法案》《能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化法案》和《電力市場(chǎng)法案》3部能源法案。

德國(guó)復(fù)興信貸銀行對(duì)4000個(gè)家庭所做的調(diào)查顯示，德國(guó)民眾對(duì)能源轉(zhuǎn)型熱情高漲。超過(guò)90%的受訪家庭贊成能源轉(zhuǎn)型，23%的家庭已在積極使用能源轉(zhuǎn)型新技術(shù)，其中8%的家庭利用太陽(yáng)能發(fā)電。

但其他國(guó)家對(duì)德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的態(tài)度和視角各不相同。

匈牙利羅蘭大學(xué)的Miklós Antal和芬蘭赫爾辛基大學(xué)的Kamilla Karhunmaa分析了芬蘭、英國(guó)和匈牙利3個(gè)具有不同能源政策路徑的歐洲國(guó)家對(duì)德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的相關(guān)報(bào)道。

Antal和Karhunmaa收集了這3個(gè)國(guó)家2011年至2015年間的日?qǐng)?bào)新聞源，比較分析了它們對(duì)德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的看法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)能源轉(zhuǎn)型的陳述，因國(guó)家政策的優(yōu)先次序而異，因此呈現(xiàn)出不同畫面。10月22日，相關(guān)論文刊登于《自然—能源》。

此外，這些報(bào)道主要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)視角，并強(qiáng)調(diào)供應(yīng)方面的措施和能源技術(shù)，如核能、太陽(yáng)能和風(fēng)能。相比之下，其他可再生能源，如生物質(zhì)能，以及更廣泛的環(huán)境和氣候問(wèn)題，往往沒(méi)有得到多少關(guān)注。

Antal表示，在這3個(gè)國(guó)家不同的解讀中，國(guó)家能源政策話語(yǔ)的歷史文化嵌入清晰可見(jiàn)。盡管歐盟在指導(dǎo)其成員國(guó)的氣候和能源政策方面發(fā)揮了重要作用，但各國(guó)在政治結(jié)構(gòu)、文化、環(huán)境價(jià)值、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和能源生產(chǎn)方面的差異仍然很大，這些差異同樣影響了該國(guó)對(duì)能源轉(zhuǎn)型的認(rèn)識(shí)。

各方協(xié)調(diào)

Teravainen指出，圍繞能源轉(zhuǎn)型的各國(guó)意見(jiàn)分歧，也凸顯了更廣泛的問(wèn)題：在社會(huì)技術(shù)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，理想的能源未來(lái)，以及可能相互沖突的政策、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)如何協(xié)調(diào)。

例如，在德國(guó)的能源轉(zhuǎn)型中，盡管可再生能源份額在這10年中大幅增加，但二氧化碳減排未能取得多大進(jìn)展。因此，到2020年，該國(guó)溫室氣體年排放量在1990年的基礎(chǔ)上減少40%的目標(biāo)可能仍然遙不可及。

“一個(gè)重要因素是德國(guó)繼續(xù)依賴化石燃料，尤其是煤炭，后者在德國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中仍發(fā)揮著重要作用，這就產(chǎn)生了在國(guó)家能源政策辯論中的政治緊張關(guān)系。”Teravainen說(shuō)。

除了造成政治緊張，能源轉(zhuǎn)型的經(jīng)濟(jì)影響也十分深遠(yuǎn)。新舊能源產(chǎn)業(yè)、能源交易模式等都需要經(jīng)歷變革。

其中，能源區(qū)塊鏈正顛覆著全球能源領(lǐng)域。IEEE電力與能源協(xié)會(huì)主席Saifur Rahman在IEEE EI2上提到，利用區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)能構(gòu)建更廣泛、多樣的能源交易平臺(tái)。

Rahman向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者描述了這樣一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景：許多家庭使用太陽(yáng)能發(fā)電，而借助區(qū)塊鏈交易平臺(tái)，家庭能源生產(chǎn)者可以把多余的能源賣給鄰居，從而減少能源浪費(fèi)，提高利用率。

無(wú)論如何，在此前舉行的二十國(guó)集團(tuán)能源部長(zhǎng)會(huì)議上，各方均一致認(rèn)為能源對(duì)未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要，應(yīng)對(duì)氣候變化、確保能源安全的目標(biāo)不可動(dòng)搖，而能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型可以有不同途徑，轉(zhuǎn)型過(guò)程應(yīng)可持續(xù)、靈活并兼顧能源安全。

另一方面，除了能源轉(zhuǎn)型，通過(guò)構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用清潔能源替代化石能源，也有助于解決能源緊缺、緩解氣候變化等問(wèn)題。

“特大”“特小”推動(dòng)能源互聯(lián)

2015年，中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平在出席聯(lián)合國(guó)發(fā)展峰會(huì)時(shí)表示，中國(guó)倡議探討構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推動(dòng)以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是清潔主導(dǎo)、電為中心、互聯(lián)互通、共建共享的現(xiàn)代能源體系，其實(shí)質(zhì)就是“智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源”。

而對(duì)于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)筑，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織主席劉振亞曾表示，特高壓電網(wǎng)是關(guān)鍵。

“特高壓電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)千公里、千萬(wàn)千瓦級(jí)電力輸送和跨國(guó)跨洲電網(wǎng)互聯(lián)，并且具有容量大、效率高、損耗低、占地省、安全性好等顯著優(yōu)勢(shì)，全球各大清潔能源基地和用電地區(qū)都能置于特高壓電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)。”劉振亞說(shuō)，因此起關(guān)鍵作用。

除了“特大”，“特小”也不應(yīng)忽視。

“微電網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，能推動(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過(guò)渡。” 美國(guó)工程院院士、IEEE會(huì)員Mohammad Shahidehpour告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“智能微電網(wǎng)是能自我控制的獨(dú)立系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行，能提高供電的可靠性，而且有助于更好地管理電網(wǎng)。”

例如，在歐洲，微電網(wǎng)已成為未來(lái)電網(wǎng)的重要組成，借此為分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入作準(zhǔn)備。

“但一直以來(lái)，人們并未給予這些微小電網(wǎng)足夠的重視，這意味著要利用它們更好地管理電網(wǎng)系統(tǒng)，就需要尋找新的保護(hù)系統(tǒng)、操作方式和傳感器等。”Shahidehpour說(shuō)。

總之，正如Kroposki所言，智能發(fā)電是隨著需求而來(lái)的，通過(guò)發(fā)展能源系統(tǒng)集成，從一體化的角度看待能源的使用和生產(chǎn)，充分實(shí)現(xiàn)各類能源的互聯(lián)、開(kāi)放、共享和協(xié)同，才能形成最美的能源未來(lái)。

相關(guān)論文信息：

DOI:10.1038/s41560-018-0279-9

DOI:10.1038/s41560-018-0248-3