新能源的未來(lái)是什么樣？

新能源的建設(shè)是如何選址？如何發(fā)展新能源？這都是新能源發(fā)展的路上必須要思考的問(wèn)題。

德國(guó)政府在2004年提出，要在未來(lái)20年內(nèi)，向太陽(yáng)能發(fā)電的投資者提供每千瓦時(shí)0.57歐元的補(bǔ)貼（即上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼）。真不知道他們到底是怎么想的當(dāng)時(shí)使用其他能源的電力價(jià)格是每千瓦時(shí)0.20歐元；而美國(guó)2004年的平均電價(jià)是7.6美分，也就是每千瓦時(shí)0.06歐元。可以想象，在補(bǔ)貼的刺激下，巴伐利亞的太陽(yáng)能發(fā)電站只是個(gè)開(kāi)始。到2011年底時(shí)，德國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電站的總裝機(jī)容量達(dá)到了25兆瓦，比全球總量的三分之一還多。當(dāng)一種能源剛開(kāi)始得到巨額補(bǔ)貼時(shí)，一切都會(huì)顯得無(wú)比順利，不過(guò)它最終還是要面對(duì)現(xiàn)實(shí)。今年三月，當(dāng)?shù)聡?guó)國(guó)會(huì)得知本國(guó)電費(fèi)在歐洲排名第二時(shí)，他們通過(guò)投票，削減了各種太陽(yáng)能發(fā)電補(bǔ)貼，最高幅度達(dá)29%。

針對(duì)新能源的大手筆補(bǔ)貼，并非只在德國(guó)才有，這是全世界的常態(tài)。西班牙也曾經(jīng)對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電站進(jìn)行過(guò)補(bǔ)貼，到2010年才把對(duì)大型發(fā)電站的補(bǔ)貼額減少了一半。2010年12月，美國(guó)因中國(guó)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商提供的高額補(bǔ)貼，向世界貿(mào)易組織提起了訴訟。而在美國(guó)，得到最高政府補(bǔ)貼的能源產(chǎn)業(yè)既不是風(fēng)電，也不是太陽(yáng)能，而是生物燃料；具體地說(shuō)，是用玉米提煉的乙醇。

根據(jù)美國(guó)審計(jì)總署的數(shù)據(jù)，2011年美國(guó)對(duì)乙醇制造業(yè)的稅務(wù)補(bǔ)貼，一共花去了納稅人61億美元。除此之外，乙醇制造業(yè)還帶來(lái)了三項(xiàng)隱性支出：第一，水土流失；第二，化肥中多余的硝酸鹽會(huì)隨河流進(jìn)入墨西哥灣，在沿岸形成死亡區(qū)；第三，作為世界上最大的糧食出口國(guó)，美國(guó)把40%的玉米收成用于乙醇生產(chǎn)。而最大的浪費(fèi)在于，用其制造出的乙醇燃料，大多數(shù)都用于低效能的乙醇動(dòng)力汽車。

也許你會(huì)說(shuō)，政府補(bǔ)貼的出發(fā)點(diǎn)是好的；的確，用補(bǔ)貼刺激新能源發(fā)展的做法早已有之。為鼓勵(lì)勘探，政府已向石油和天然氣產(chǎn)業(yè)提供了數(shù)十年的減稅。核電的發(fā)展完全依賴于政府提供的巨額研發(fā)經(jīng)費(fèi)。從1948年到2007年，核電的研發(fā)補(bǔ)貼幾乎占到了美國(guó)聯(lián)邦科研總支出的54%。在法國(guó)，核電獲得了國(guó)家電力公司的全力資助。沒(méi)有這些經(jīng)費(fèi)支持，核電在法國(guó)絕不可能發(fā)展到今天75%的占有率。但我們必須思索，對(duì)新能源的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，是否能起到其支持者承諾的效果？

不要被這些新能源的支持者夸下的?？跊_昏頭腦。他們說(shuō)，只需短短幾十年的時(shí)間，這些新能源就能徹底取代化石燃料，創(chuàng)造出一個(gè)可靠并綠色的無(wú)碳能源系統(tǒng)，而且價(jià)格不會(huì)高于目前最廉價(jià)的火電系統(tǒng)。這樣，我們就能及時(shí)阻止大氣中二氧化碳濃度從394ppm上升到450ppm。據(jù)氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，當(dāng)二氧化碳濃度達(dá)到450ppm時(shí)，全球平均氣溫將會(huì)升高 2℃。我當(dāng)然希望他們的承諾都能兌現(xiàn)，但我更愿意相信清晰準(zhǔn)確的科學(xué)分析。

被大力推動(dòng)的核電。核電是第一種高度依賴政府投資和補(bǔ)貼發(fā)展的主要能源形式，它在美國(guó)、日本和法國(guó)不同的發(fā)展軌跡證明了這一點(diǎn)。

成本與規(guī)模

多年以來(lái)，種類繁多的補(bǔ)貼和投機(jī)取巧的商業(yè)運(yùn)作推動(dòng)了新能源的發(fā)展。也正因?yàn)槿绱?，很難判斷新能源的價(jià)格到底是否已經(jīng)降至合理范圍。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)和美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)都聲稱，風(fēng)電的價(jià)格已經(jīng)低于火電；而太陽(yáng)能的支持者根據(jù)光伏電池成本迅速降低的走勢(shì)預(yù)測(cè)，未來(lái)太陽(yáng)能電力的價(jià)格會(huì)非常低廉。

不過(guò)，另外一些分析并不支持廉價(jià)風(fēng)電的說(shuō)法；同時(shí)，一些研究者考慮到，要建造太陽(yáng)能發(fā)電站，不僅需要光伏電池，還需要支架、換流器、電池，以及人力。這些相關(guān)物資的費(fèi)用并沒(méi)有大幅降低；因此，從2000年至今，美國(guó)的太陽(yáng)能電力價(jià)格并未發(fā)生顯著改變：2000年時(shí)，太陽(yáng)能電力的平均價(jià)格為每千瓦時(shí)40美分；太陽(yáng)能研究機(jī)構(gòu)Solarbuzz的數(shù)據(jù)顯示，2012年，太陽(yáng)能電力均價(jià)為：晴朗天氣每千瓦時(shí)28.91美分，多云天氣每千瓦時(shí)63.60美分。相比之下，2011年美國(guó)化石燃料發(fā)電的均價(jià)是每千瓦時(shí)11到12美分太陽(yáng)能發(fā)電還是貴得多。大規(guī)模、廣泛普及的太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)代，離我們還是有一段距離的。

再看看發(fā)電規(guī)模。從商業(yè)應(yīng)用上看，風(fēng)力發(fā)電比太陽(yáng)能發(fā)電更成熟，可是，截至2011年底，美國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量為47兆瓦，只占到夏季裝機(jī)總?cè)萘康?%。由于美國(guó)風(fēng)力發(fā)電的容量系數(shù)很小，2011年美國(guó)總發(fā)電量中，風(fēng)電的比例只有3%。

從上世紀(jì)80年代的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)至今，風(fēng)電花了30年時(shí)間才取得了如此微小的占有率。與此相比，核電自從1957年投入使用以來(lái)，在30年內(nèi)占據(jù)了美國(guó)總發(fā)電量的20%；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代初期，30年后，它也擁有了10%的份額。

人們對(duì)風(fēng)電的發(fā)展速度抱有一種錯(cuò)誤的樂(lè)觀心態(tài)這是因?yàn)椋F(xiàn)有的增長(zhǎng)率是從一個(gè)極小的基數(shù)算起的。從2001年到2011年，全球風(fēng)力發(fā)電的總裝機(jī)量翻了6番，可是這說(shuō)明不了太多問(wèn)題。這種高增長(zhǎng)率是系統(tǒng)早期發(fā)展時(shí)的典型狀態(tài)，尤其對(duì)于風(fēng)電這種主要靠補(bǔ)貼來(lái)刺激發(fā)展的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，情況更是如此。風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電的前景，還面臨著另一個(gè)變數(shù)：利用新的水力壓裂法，我們能夠從頁(yè)巖中開(kāi)采出大量天然氣。目前，在美國(guó)和加拿大之外，這種采鉆技術(shù)還尚未被廣泛使用。不過(guò)，在歐洲、亞洲和拉丁美洲的許多國(guó)家，頁(yè)巖天然氣儲(chǔ)量都非常豐富，水力壓裂法的潛力可觀。法、德等國(guó)家禁止用這種方式開(kāi)采天然氣，因?yàn)樗赡軙?huì)破壞環(huán)境。然而，任何新能源都會(huì)引發(fā)這種擔(dān)憂，甚至那些標(biāo)榜著綠色的能源也是如此。此外，天然氣發(fā)電非常的高效。以燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站為例，它利用燃?xì)鈾C(jī)散發(fā)的熱能來(lái)產(chǎn)生蒸汽，并用它來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)蒸汽發(fā)電機(jī)。而且，60兆瓦容量以內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，僅用一個(gè)月的時(shí)間就能完成安裝并投入使用；同時(shí)，它們選址靈活，可以方便地接入現(xiàn)有的輸電網(wǎng)絡(luò)。

作為碳排放兩大巨頭，中國(guó)和印度的碳排放量超過(guò)了美國(guó)。圖片：Bryan Christie Design; Data Source: Vaclav Smil

選址與維護(hù)

大型風(fēng)電場(chǎng)的選址常常會(huì)引起爭(zhēng)議。許多人要么不喜歡風(fēng)電機(jī)的外形，要么討厭它們的噪音，要么擔(dān)心它們對(duì)遷徙鳥(niǎo)群和蝙蝠的不良影響。而有些選址在近海的風(fēng)電項(xiàng)目也出現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題。比如說(shuō)，在馬薩諸塞州的馬薩葡萄園島，原計(jì)劃建造美國(guó)第一座近海風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，然而由于當(dāng)?shù)鼐用竦姆磳?duì)，這個(gè)項(xiàng)目被擱置了數(shù)年。風(fēng)能的不連續(xù)性，使人們難以預(yù)估它在幾天內(nèi)的發(fā)電量，而大型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)的不足，又給項(xiàng)目帶來(lái)了更大的不確定性。我們還需要一些時(shí)間，來(lái)了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)在20到30年壽命里的穩(wěn)定性，以及維修費(fèi)用。

另外，要利用風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的電能，我們還得鋪設(shè)大量的高壓輸電線，把它們接入電網(wǎng)。這可是一項(xiàng)既昂貴，又存在法律風(fēng)險(xiǎn)的工作。

設(shè)想一下，如果大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)都分布在風(fēng)能充足，土地遼闊的美國(guó)中部大平原，那么我們還需要鋪設(shè)幾千公里的輸電線，把電能送到東西海岸用電量大的地區(qū)。當(dāng)然，對(duì)于面積不大，和鄰國(guó)聯(lián)系緊密的國(guó)家來(lái)說(shuō)，這并不算什么大問(wèn)題；這也是丹麥在風(fēng)電領(lǐng)域領(lǐng)先的原因之一。

而對(duì)于美國(guó)來(lái)說(shuō)，要發(fā)展風(fēng)能，不僅需要鋪設(shè)新的輸電線，還要將它們接入本就不堪重負(fù)、供不應(yīng)求的電網(wǎng)。美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)（American Society of Civil Engineers）在《2009年美國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀報(bào)告》中，對(duì)美國(guó)的能源系統(tǒng)給出了D+的評(píng)級(jí)。如此差評(píng)最主要的原因在于，夏季用電高峰的電力負(fù)荷，常常讓老舊的電網(wǎng)瀕臨崩潰。想要著手提高這個(gè)評(píng)級(jí)，需要解決的不僅僅是諸多的技術(shù)難題----基礎(chǔ)設(shè)施的改造項(xiàng)目還常會(huì)面臨政客的反對(duì)，或是遭遇踢皮球的尷尬局面。

歐洲各國(guó)內(nèi)部的電網(wǎng)聯(lián)系比較緊密，但在推廣風(fēng)能和太陽(yáng)能時(shí)，他們也有著自己的問(wèn)題。不甚樂(lè)觀的經(jīng)濟(jì)前景制約了歐洲國(guó)家對(duì)新科技投資的力度。德國(guó)是歐盟最強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)體，也是新能源的大力支持者，可他們面對(duì)的也絕非一片坦途。在日本福島災(zāi)難之后，德國(guó)決定逐步放棄核電，這意味著他們需要找到取代核電的新能源。在風(fēng)能和太陽(yáng)能的補(bǔ)貼日漸減少，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)也日益蕭條的背景下，這個(gè)問(wèn)題可不是那么容易解決的。

新能源的加速發(fā)展離不開(kāi)政府的主導(dǎo)，個(gè)人或企業(yè)的力量通常都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以能夠推廣能源產(chǎn)業(yè)。然而，當(dāng)建設(shè)關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，就連那些經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚的政府，也在日益增加的債務(wù)面前顯得有些力不從心。他們還同時(shí)需要解決醫(yī)療保險(xiǎn)、貿(mào)易逆差、缺乏競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)、稅收收入不足等等問(wèn)題；而且，無(wú)論是歐盟還是美國(guó)政府，他們?cè)谘a(bǔ)貼新能源的研發(fā)時(shí)，并沒(méi)有兌現(xiàn)他們經(jīng)常掛在嘴上的承諾：創(chuàng)造穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的就業(yè)機(jī)會(huì)。

新能源的最終目標(biāo)在于緩解全球氣候變暖；使用風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物能源，可以減少溫室氣體的排放量。不過(guò)，由于溫室氣體具有全球效應(yīng)，新能源的實(shí)際效果也要從全球角度來(lái)考察。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，西方國(guó)家利用風(fēng)能和太陽(yáng)能減少的二氧化碳排放量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上中國(guó)和印度與日俱增的煤炭燃燒量。

風(fēng)電在美國(guó)發(fā)展迅猛。但從歷史上科技的發(fā)展規(guī)律看，真正的挑戰(zhàn)還未到來(lái)。圖片：Bryan Christie Design; Data Source: Vaclav Smil

看看這些令人震驚的數(shù)據(jù)吧：從2004到2009年，美國(guó)一共增加了28兆瓦的風(fēng)電裝機(jī)量，由于容量系數(shù)不同，這相當(dāng)于不到10兆瓦的火電裝機(jī)量。與此同時(shí)，中國(guó)新增的大型火電站裝機(jī)容量，是這個(gè)數(shù)字的30倍。這些新火電站的預(yù)期壽命至少為30年之久。僅在2010年一年里，中國(guó)的二氧化碳排放量就增加了8億噸，這幾乎是美國(guó)總排放量的15%；而在這一年里，美國(guó)的風(fēng)電總發(fā)電量為950億千瓦時(shí)，按照理論推算，這只減少了6500萬(wàn)噸的二氧化碳排放。另外，到2015年時(shí)，中國(guó)火電裝機(jī)容量還將增加200兆瓦，而美國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)量將增加30兆瓦，換算為火電裝機(jī)容量則僅有15兆瓦。當(dāng)然，亞洲的煤炭消耗速度終將減緩，但即便如此，大氣中的二氧化碳濃度也不太可能控制在450ppm以下。

對(duì)于新舊能源的更迭，最被人誤解的也許就是它的速度。新能源取代舊能源是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程----在美國(guó)，核電用了23年的時(shí)間取得了總發(fā)電量中10%的比例，而在1995年，也就是它誕生38年后，才達(dá)到了20%的份額。燃?xì)獍l(fā)電更是花了45年時(shí)間，才取得了20%的份額。

到2025年，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將迎來(lái)30歲生日。到那時(shí)，假如它在美國(guó)的發(fā)電份額能達(dá)到15%，就已經(jīng)算是了不起的成功了。而對(duì)于太陽(yáng)能的市場(chǎng)份額，即使是最樂(lè)觀的預(yù)測(cè)，也達(dá)不到這個(gè)比例的一半。尋找無(wú)碳能源是一項(xiàng)值得努力的目標(biāo)；有朝一日，某些新能源終將占領(lǐng)市場(chǎng)。但是，想要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，決策者不能頭腦發(fā)熱，好高騖遠(yuǎn)。舉個(gè)不太恰當(dāng)，卻非常形象的例子：讓一輛巨大的油罐車掉頭，可不是那么容易的事。

改變當(dāng)今世界基于化石燃料的能源系統(tǒng)，是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)。這個(gè)能源系統(tǒng)每年生產(chǎn)70億噸的硬煤和褐煤、40億噸的原油，以及3萬(wàn)億立方米的天然氣，然后將它們轉(zhuǎn)化為1.4萬(wàn)億瓦（※此處已更改）的電能。無(wú)數(shù)煤礦、油田和氣田、煉油廠、輸油管、各種運(yùn)油車、加油站、發(fā)電廠、變壓器、輸電線，還有幾億部消耗著汽油、煤油、柴油，或是其他燃料油的引擎共同組成了世界上最龐大、最昂貴的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的建設(shè)，花費(fèi)了幾代人的時(shí)間，也消耗了數(shù)十萬(wàn)億美元的金錢。

因此，無(wú)論是在10年、20年還是50年的時(shí)間里，這個(gè)系統(tǒng)都不可能被徹底取代。要想建設(shè)一個(gè)具有同樣規(guī)模和可靠性的新能源系統(tǒng)，不僅需耗時(shí)數(shù)十年，還要付出巨額的開(kāi)支。這將需要未來(lái)幾代工程師的共同努力。