荐书|比尔盖茨：零碳”电力的十大创新举措

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本文选自比尔盖茨《气候经济与人类未来》一书第四章：电力生产与存储

在本章中，我想要解释的是，在不产生碳排放的情况下，我们怎样才能继续从电力这种廉价且随时可用的能源中获取我们想要的所有服务，并让更多的人享有这些服务。关于这一点，我们要从实现目标的路径和未来的发展之路讲起。

时至今日，电力已是无处不在，以至于我们很容易忽略，在进入20世纪几十年之后，它才成为大多数美国人生活中的一个要素。早期电力的主要来源之一并不是我们现在常用的煤、石油或天然气，而是水----以水力发电的形式获得。

水力发电有很多优势，比如价格相对便宜，但也存在一些重大弊端，比如修建水库涉及当地社区的搬迁和野生动植物的保护，而且在修建水库的过程中，如果土壤里存有大量的碳，那么它会转化成甲烷，最终逃逸到大气中。3有研究表明，一座大坝在修建之初的50〜100年可能是一个比燃煤更糟糕的温室气体排放源一一当然这还取决于修建大坝的地点。因此我们需要考虑，大坝需要运行多长时间才能抵消修建过程中排放的所有甲烷。①另外,大坝的发电量受季节影响，因为雨季和旱季的河流水流量大小不同。当然，水力发电站的选址也有一定的局限性，必须在有河流的地方建大坝。

化石燃料则不会受到这样的限制，从地下开采出煤、石油或天然气后，运送到发电厂作为烧水的燃料，然后利用沸水的水蒸气驱动涡轮机发电。

基于化石燃料发电的优势，在美国，当电力需求在“二战”后爆发式增长时，人们毫不犹豫地选择了化石燃料的发展路径。在20世纪下半叶，美国新建的发电厂装机容量中，化石燃料占了大头——总计约700吉瓦，是“二战”前发电厂装机容量的近60倍。

随着时间的推移，电价越来越低。一项研究发现，1900年的电价至少是2000年的200倍。今天，美国电力部门的开支仅占美国GDP的2%。想一想我们对电力的依赖程度，相比之下这是一个非常低的数字。

电价之所以如此低廉，主要是因为化石燃料便宜。它们是广泛可用的资源，而且人类已经具备更好、更高效的开采和发电技术。另外，政府也付出了相当大的努力，以维持化石燃料的低价格，并鼓励加大生产。

我们热爱电力,但我们大多数人并不了解电力。它一直都在我们身边,确保路灯、空调、电脑和电视时刻都能工作;它为各种工业工艺提供动力,而对于这些工艺,我们大多数人平时并不在意。然而,就像生活中有时发生的那样,只有在失去的时候,我们才会意识到它是多么重要。在美国,断电非常罕见,以至于人们都还记得自己10年前因停电而被困电梯里的场景。

我以前并没有意识到我们多么依赖电力,这些年来,我逐渐认识到它是多么重要。我真的很感激人们为实现这一奇迹付出的一切。其实,平心而论,我对所有的物质基础设施都感到敬畏,因为正是它们的存在,才使得电力价格如此低康、如此普遍地存在又如此可靠。在富裕国家的几乎任何一个地方,只要你打开开

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气観经济与人员夫来

关,灯就会亮起来,而这只需要支付极少的费用。说它神奇,一点儿也不为过。毫不夸张地讲,在美国,一个40瓦的灯泡持续亮一个小时,只需要支付0.5美分。

在我们家中,我并不是唯一对电力有此感触的人:我和儿子罗里经常参观发电厂(见图41),这纯粹出于兴趣,我们就是想知道它们是如何运转的。

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2015年,我和家人前往冰岛的琴利随男卡吉格尔火山观光。随后,我陪罗里参观了附近的一商地热发电厂

我很高兴自己投入那么多时间来学习电力知识。首要的一点是,这是一项很棒的亲子活动。(我是认真的。)另外,要想避免

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电力生产与存讓

气候灾难,弄清楚如何在不释放温室气体的情况下获得廉价而可靠的电力是最重要的事情。这是因为,一方面,电力生产是气候变化的主要驱动因素:另一方面,如果我们获得了“零碳”电力,我们就可以用它来帮助处理其他很多活动的碳排放,比如交通运输和生产制造。我们如果不使用煤、天然气和石油,那么势必会失去一部分能源,而要想把它们补回来,清洁电力将是主要来源。这就是我首先论述电力的原因,尽管制造业部门产生的排放量超过了电力部门。

此外,应该有更多的人获得和使用电力。在撇哈拉以南非洲地区,家中用上可靠电力的人口尚不足总人口的一半(见图4←2%如果你根本就没有电可用,那么即便是给手机充电这种看似简单的任务也很难达成,而且花费高昂。你必须去外面的商店,支付25美分乃至更多,才可以给手机充电,而这个价格是发达国家的居民为手机充电所支付的金额的数百倍。

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全球有86亿人没有用上可靠的电力

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我并不期望大多数人都跟我一样对电网和变压器感兴趣。(我想,如果你写出了“我对物质基础设施感到敬畏”这样的句子,那你一定是个相当了不起的书呆子。)但我认为,如果人们都停下来想一想,现在这些被认为理所当然的服务是如何获得的,那么自然会更珍视这些服务,而且也会意识到我们每个人都不想放弃这些服务。未来,无论我们采用什么方法实现“零碳”电力,它们都必须跟当前我们所用的方法一样一既可靠又让我们负担得起。

在本章中,我想要解释的是,在不产生碳排放的情况下,我们怎样オ能继续从电力这种廉价且随时可用的能源中获取我们想要的所有服务,并让更多的人享有这些服务。关于这一点,我们要从实现目标的路径和未来的发展之路讲起。

时至今日,电力已是无处不在,以至于我们很容易忽略,在进入20世纪几十年之后,它才成为大多数美国人生活中的一个要素。早期电力的主要来源之一并不是我们现在常用的煤、石油或天然气,而是水一以水力发电的形式获得。

水力发电有很多优势,比如价格相对便宜,但也存在一些重大弊端,比如修建水库涉及当地社区的搬迁和野生动植物的保护,而且在修建水库的过程中,如果土壤里存有大量的碳,那么它会转化成甲烷,最终逃逸到大气中。有研究表明,一座大坝在修建之初的50-100年可能是一个比燃煤更糟糕的温室气体排放

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电力生产与存情

源一当然这还取决于修建大坝的地点。因此我们需要考虑,大坝需要运行多长时间才能抵消修建过程中排放的所有甲烷。另外,大坝的发电量受季节影响,因为雨季和旱季的河流水流量大小不同。当然,水力发电站的选址也有一定的局限性,必须在有河流的地方建大坝。

化石燃料则不会受到这样的限制,从地下开采出煤、石油或天然气后,运送到发电厂作为烧水的燃料,然后利用沸水的水蒸气躯动涡轮机发电。

基于化石燃料发电的优势,在美国,当电力需求在“ニ战”后爆发式増长时,人们毫不犹豫地选择了化石燃料的发展路径。在20世纪下半叶,美国新建的发电厂装机容量中,化石燃料占了大头一总计约700吉瓦,是＂二战”前发电厂装机容量的近60倍(见图43)。

随着时间的推移,电价越来越低。一项研究发现,1900年的电价至少是2000年的200倍。今天,美国电力部门的开支仅占美国 GDP 的2%。想一想我们对电力的依赖程度,相比之下这是一个非常低的数字。

该计算涉及对大坝生命喝期的评估。生命周期评估是一个很有雕的锅城。记录某一特定产晶自生产时起至生命结東时所产生的所有諷室气体。作为一个有效的工具,生命周期钾估可用于分析不同技术的气候影响。但其过程颇为复杂,所以在本书中。我将把重点歐到直接排放上。因为这更容易解释,而且通常也会得出相同的结论。

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图4-3化石燃料发电占全球发电量的三分之二,实现清洁电力并非易事資料来源: pSahbcal inof WadEregw 2020

电价之所以如此低廉,主要是因为化石燃料便宜。它们是广泛可用的资源,而且人类已经具备更好、更高效的开采和发电技术。另外,政府也付出了相当大的努力,以维持化石燃料的低价格,并鼓励加大生产。

美国自建国之初就一直采取这种做法:国会于1789年率先推出了有关煤炭进口的保护性关税政策。19世纪初,在意识到煤炭对铁路行业的重要性之后,美国开始免除部分税收,并采取措施激励煤炭生产(见图4H》在1913年确立征收公司所得税后,美国允许石油和天然气生产企业在收入所得中扣除持定费用,而这其中就包括钻探成本。1950-1978年,美国用于支持煤炭和天

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电力生产与存

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星四 电力生产与存

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4- 直传页上的爆炭设施

建:地点位于美国宾タ法尼亚州韵康亲尔斯篮尔,时间可追溯到1900年左右。

然气生产企业的各项税式支出总计约420亿美元(以今天的美元计).而且这些税收优惠措施至今仍在施行。另外,在租赁联邦土地方面,煤炭和天然气生产企业也享有政策优惠。

美国并非特例,大多数国家都采取了相应措施,以维持化石燃料的低价格。据国际能源署估算,2018年全球政府在化石燃料消费领坡的补贴总计多达4000亿美元,这也进一步解释了为什么化石燃料在电力供应中一直占有稳定的比例。“燃煤发电量在全球电力供应中所占份额(约40%)已经30年没有发生变化,石油和天然气发电量占比约26%,同样是30年没有发生变化。总之,

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气候经济与人受末来

化石燃料提供了世界上三分之二的电力。与此同时,太阳能和风能发电量占比约%6。

截至2019年年中,全球在建燃煤电厂总装机容量约236吉。煤和天然气现在是发展中国家的首选燃料,其需求在过去几十年里呈急剧上升趋势。2000-2008年,中国的煤电装机容量增加了两倍,总装机容量超过美国、墨西哥和加拿大三国总和。

我们能否扭转这一局面,在不产生任何温室气体排放的情况下获得所需的所有电力?

这取决于你说的“我们”指谁。如果采取合适的政策扩大风能和太阳能的发电量,并大力推动相关领域的创新,那么美国可以很快接近这一目标,但全世界都能得到“零碳”电力吗?这就难得多了。

让我们从美国电力部门的绿色溢价说起。这实际上是个好消息:只需要一个适度的绿色滋价,我们就可以消除温室气体排放。

就电力而言,绿色溢价是指从非排放源中获得所有电力的额外成本,这里的非排放源包括风能、太阳能、核能,装备有碳捕获设施的燃煤电厂和燃气电厂,等等。(记住,我们的目标并不是只使用可再生能源。如风能和太阳能,而是实现零排放。这也是我把其他一些“零碳”选项包括在内的原因。)

绿色溢价是多少?若把美国的整个电力系统转变为“零碳”

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电力生产与行销

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电力生产与存蜻

来源,每千瓦时的平均零售价将增加13-1.7美分,与当前大多数人所付的电价相比,上涨幅度约15%。对普通家庭来说,每月的绿色溢价总计18美元一这是大多数人负担得起的金额。当然,对低收入的美国人来说,这可能是一个负担,因为他们已经把十分之一的收入花在能源上面了。

(如果你付公用事业费账单的话,你对千瓦时可能比较熟悉,因为这是家庭用电的计费单位。但如果你感到疑惑,我在这里解释一下:千瓦时是一个能量单位,用以衡量你在一定时间段内所用的电量。如果1千瓦用1个小时,那就是你用了1千瓦时。典型的美国家庭,每天用电为29千瓦时。平均而言,包括美国所有类型的客户和各州在内,每千瓦时的费用约10美分。不过,在有些地方,电费可能是这个数字的3倍。)

美国的绿色滋价这么低,自然是好事。欧洲也处于类似的有利位置。欧洲一家行业协会的一项研究表明,就电网而言,“脱碳”90%~95%会导致电费平均上涨约209%。°(该项研究使用的计算方法与我计算美国绿色溢价的方法不同。)

令人遗憾的是,其他国家很少有这么幸运。美国有庞大的可再生能源,包括太平洋西北地区的水、中西部地区的强风、西南地区和加利福尼亚州长年不断的太阳能,等等。有些国家可能有一些太阳能而没有风能,也可能有一些风能而常年缺乏太阳能,或者两者皆缺。另外,有些国家的信用评分可能比较低,难以获

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秋设施时燃爆电和磨气电,寺夺。(记社,我时日升个龙只使用可再生能源,如风能和太阳能,而是实现零排放。这也是我把其他一些“零碳”选项包括在内的原因。)

绿色溢价是多少?若把美国的整个电力系统转变为“零碳”

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来源,每千瓦时的平均零售价将增加1.3-1.7美分,与当前大多数人所付的电价相比,上涨幅度约15%%。对普通家庭来说,每月的绿色溢价总计18美元一这是大多数人负担得起的金额。当然,对低收入的美国人来说,这可能是一个负担,因为他们已经把十分之一的收入花在能源上面了。

(如果你付公用事业费账单的话,你对千瓦时可能比较熟悉,因为这是家庭用电的计费单位。但如果你感到疑惑,我在这里解释一下:千瓦时是一个能量单位,用以衡量你在一定时间段内所用的电量。如果1千瓦用1个小时,那就是你用了1千瓦时。典型的美国家庭,每天用电为29千瓦时。平均而言,包括美国所有类型的客户和各州在内,每千瓦时的费用约10美分。不过,在有些地方,电费可能是这个数字的3倍。)

美国的绿色溢价这么低,自然是好事。欧洲也处于类似的有利位置。欧洲一家行业协会的一项研究表明,就电网而言,“脱碳”90%-95%会导致电费平均上涨约20%。°(该项研究使用的计算方法与我计算美国绿色溢价的方法不同。)

令人遗憾的是,其他国家很少有这么幸运。美国有庞大的可再生能源,包括太平洋西北地区的水、中西部地区的强风、西南地区和加利福尼亚州长年不断的太阳能,等等。有些国家可能有一些太阳能而没有风能,也可能有一些风能而常年缺乏太阳能,或者两者皆缺。另外,有些国家的信用评分可能比较低,难以获

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得融资,因而缺乏建立新电厂所需的数额庞大的资金。

非洲和亚洲的处境最为艰难。在过去几十年里,中国完成了历史上伟大的壮举之一-让数亿人摆脱了貧困,而这一成就部分得益于廉价建造的燃煤电厂。中国企业大幅降低了燃煤电厂的建设成本,降幅达到惊人的75%。现在,它们想要更多的客户(这是可以理解的),而且也在不遗余力地吸引下一波发展中国家:印度、印度尼西亚、越南、巴基斯坦,以及整个非洲地区的国家。

那些潜在的新客户会怎么做呢?是建造燃煤电厂,还是转向清洁电力?我们来看一下它们的目标和选项。对贫困农村地区的人口来说,小型太阳能项目是一个可选项,因为他们需要给手机充电,也需要夜间照明。但对那些发展中国家来说,这种解决方案永远无法为其提供启动经济所需的规模庞大、廉价且随时可用的电力。它们希望效仿中国的做法一通过吸引制造业、通信服务业等产业助推经济发展,但问题是这类业务所需的电力规模及可靠性是时下小型可再生能源电力项目无法提供和保证的。

如果这些国家选择建造燃煤电厂一就像中国及世界上每个富裕国家所做的那样,那么必将迎来一场气候灾难。但就目前来看,这的确是对它们来说最经济的选项。

为什么一开始就要出台绿色滋价之类的政策?其中的原因并不是那么显而易见。燃气电厂只要运转就必须不断购买燃料,而

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电力生产与存

太阳能发电厂、风电厂和水力发电站的燃料是免费的。再者,一个老生常谈的道理:一项技术应用越广泛,它的成本越低廉。那么,为什么发展绿色电力要付出额外的成本呢?

原因之一是化石燃料太便宜了,它们的价格中并没有计入气候变化的真实成本(因导致全球气候变暖而造成的经济损失),使得清洁能源难以与之竞争。而且,我们已经花了几十年的时间,打造了一个涵盖从地下开采化石燃料并利用化石燃料生产和输配能源的系统,在这个系统中,一切成本都很低。

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还有一个原因是前文提到过的:世界上有些地区根本没有合宜的可再生资源。使用可再生资源的比例要实现近100%,需要把大量清洁能派从其生产地(阳光充足的地区,最好是赤道一带,以及多风的地区)输送到需求地(多云、无风的地区》这需要架设新的输电线路一项成本高昂且极耗时间的工作,特别是当它沙及跨越国界的时候。而且,我们架设的输电线路越多,电力的价格就越高。事实上,在电力的最终成本中,输配电成本占比超过三分之一。另外。在电力供应方面,很多国家也不想依赖其他国家。

但廉价的石油和昂贵的输电线路并不是电力部门推高绿色溢

@可以把输电线路和配电线路分引想象成高速公路和地方道路。我们使用高压輸电线路把电力从电扩播送到緩市。所輸送的电力会进入当地的低压配电系统,也就是国区中睫处可见的电线

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气银经济与人木康

价的最大因素。究其原因,主要出在我们对电力的可靠性要求及可再生资源的间歇性间惠上。

阳光和风都属间歇性资源,也就是说,它们很难一年365天、一天24小时连续发电。我们对电力的需求却是非间歇性的,希望时时刻刻都有电可用。所以,如果太阳能和风能在电力结构中占据重要比例,为避免发生重大断电事故。在没有阳光、没有风的时候就需要其他选项。我们要么把过剩的电力存储在电池中(关于这一点,我稍后会讲到,但其成本极其高昂),要么增加其他依赖化石燃料的能源供应,比如建造以备不时之需的燃气电厂。无论哪种方式,从经济学的角度看,都不站在清洁电力这一边。在我们接近100%地使用清洁电力时,间歇性会转变成一个更麻烦、更昂责的问题。

在间歇性方面,最明显的例子就是太阳落山之后,太阳能电カ供应会中断。对于这个问题,假设解决方案是将白天生产的多余的一千瓦时电力存储起来,留待晚上使用(你需要的远不止这点儿,我在这里使用一千瓦时是为了计算方便),那么我们的电费会因此增加多少呢?

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这取决于两个因素:一是电池的成本,二是电池的使用寿命。就成本而言,假设使用一千瓦时的电池要花费100美元(这是一个保守估计,我暫时先不考慮其他情形,比如为购买该电池而不得不贷款)至于电池的使用寿命,我们假设充放电循环为

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电力产与存储

1000次。

所以,这个一千瓦时的电池的资本成本是100美元除以1000次充放电循环,即每千瓦时为10美分。这是发电成本之外的费用,利用太阳能发电,每千瓦时成本约$美分。换句话说,与日间用电成本相比,购买存储起来供夜间使用的电力需多付两倍的价钱-5美分的电力生产成本和10美分的电力存储成本,总计1s美分。

我认识一些研究人员,他们表示可以制造出5倍于上述使用寿命的电池。虽然现在他们还没有成功,但如果他们做到了,那么原率10美分的额外费用将降到2美分,这可以说是一个相当大

的降幅。总之,只要你愿意支付一笔高额费用,那么太阳能电力供应的夜间用电间题在今天是可以解决的。而且,通过创新研发活动,我相信我们可以降低这一额外费用。

令人遗憾的是,夜间间歇性并不是我们所要应对的最大难題,夏冬之间的季节变化是更严重的障碍。当然,这个间题也有诸多解决方案,比如通过核电厂或装备有碳捕获设施的燃煤电厂来增加电力供应。任何现实场景都将包含这些选项。关于这方面的内容,我会在本章后面谈到,在此为简便起见,我仅使用电池来说明季节变化的问题。

假设我们想存储一千瓦时电力,但不是为了供一天使用,而是为了供一个季度使用。我们在夏季存储电力,然后在冬季用来

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产业创新加速器

[24条]李宏毅:[动画表情]

但假以我们需安悪双页米购头电他。现让,我们程百用了10美元的资本。(显然,你不会为100美元的电池融资,但如果你想购买足可存储數吉瓦电力的电池,那么你可能就需要融资了。)如果我们需要为资本支付5%的利率,那么在电池成本为100美元的情况下,存储一千瓦时则需要额外付5美元。这里还要记住,我们为日间太阳能电力所支付的成本仅5美分。谁会花 s 美元存储价值5美分的电力呢?

季节间歇性和高昂的电力存储成本还会导致另外一个问题,而这个问题对太阳能的大用户来说尤为明显:夏季产能过剰,冬季产能不足。

由于地球的自转轴是傾斜的,所以任何一个地点的日光量都会因四季的变化而不同。日光强度也是同样的道理。这个变化的幅度有多大,取决于该地离赤道有多远。在厄瓜多尔,日光的变化幅度几乎可以忽路;在我居住的西雅图地区,一年中日照最长的一天的日光量是一年中日照最短的一天的两倍;在加拿大和俄罗斯的一些地区,该差值会达到12倍之多。

の凤也存在幸节性变化的月题。在美国,风柜通常在春天达到顶峰,而在仲夏至夏東顾至低谷(加剰福尼亚州是个例外。情况项好根反》这之间的差别可能会达到2

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电力生产与存调

为什么这种变化很重要?我们来看另外一个思想实验。假设在西雅图附近有一个城镇想发展太阳能,希望每年生产一吉瓦电力。我们姑且称它为“日光城”。那么,日光城的太阳能阵列要有多大呢?

选项之一是安装足够多的太阳能电池板,在阳光充裕的夏季生产一吉瓦电力。但到了冬天,日光被就不那么走运了,因为这个季节的日光量只有夏季的一半。如此一来,也就出现了产能不足的情况。(对于电力存储的高昂成本,当地议会非常清楚,所以排除了电池选项。)另外,在日短夜长的冬季,日光城需要安装更

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融耀光文化旅游

[476条]李怡:[链接]奇门遁甲

在电力产能过剰问题上,日光城可以选择在夏季时关闭部分太阳能电池板,但这样做意味着资金投到了一年只使用一半时间的设备上,这会进一步推高该地居民和企业的用电成本。换句话说,这将提升日光城的绿色溢价。

日光城的处境并不仅仅是一个假设命题,类似的情况已经在德国出现。通过雄心勃勃的“能源转型”项目,德国计划到2050年将使用可再生能比重提升到609%。在过去10年里,德回投入数十亿美元,大力推广利用可再生能源一太阳能装机容量在

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气恒经济与人未康

2008-2010年增加了650%。但是,德国在2018年6月生产的太阳能电力是2018年12月的10倍左右。事实上,在夏季,德国太阳能发电厂和风电厂生产的电力实在太多,以至于整个国家都用不完。出现这种情况时,德国会把一部分过剩的电力输送给邻国波兰和捷克,而两国领导人抱怨说这给他们本国的电网造成了极大的压力,同时造成了不可预謝的电力成本波动。

间歇性还会引发另外一个间题,而这个间题甚至比日常或季节性变化问题更难解决。如果发生极端事件,一座城市在接下来的几天里无任何可再生能源可用,那么它靠什么坚持下去?

假设将来东京的电力生产完全依赖风能。(日本确实有相当丰富的陆上和海上风力资源。)假设在8月的气旋高峰期,一场巨大的风暴袭击了东京,由于风力强劲,若不关停风力涡轮机,它们则会悉数被毁。该市领导人决定关掉风力涡轮机,同时寻找性能最好的大容量电池存储电力,希望以此应对这场风暴。

问题在于他们需要多少电池才能满足东京整座城市3天的电力需求?因为风暴要持续3天,也就是3天后他们才能重启风力涡轮机。

答案是至少1400万块电池,其存储容量超过全世界10年的产能,购买价为4000亿美元。考虑到电池的生命周期,这些电

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第円章 电力生产与存销

池平均每年的成本超过270亿美元。”而这还仅仅是电池的资本成本,不包括电池的安装和维护费用。

这个例子完全是骰设的,没有谁会真认为东京应该百分之百依赖风电或将所有电力存储在时下的电池中。我举这个例子是为说明至关重要的一点:大规模存储电力极其困难,而且成本高昂,但在未来几年,如果我们依赖间歌性资源提供相当比例的清洁电力,那么这将是必须面对的问题。

而且,在未来几年,我们将需要更多的清洁电力。大多数专家认为,随着我们对其他碳密集型流程进行电气化改遭,比如钢铁制造电气化和汽车动力电气化,到2050年,世界电力供应需要增加一倍乃至两倍。而这甚至还没有把人口増长因素考虑在内,也没有考虑人们会逐步走上富裕道路并会使用更多电力的情况。所以,这个世界需要的电力将是我们现在所生产电力规模的3倍以上。

由于太阳能和风能是间敏性资源,所以电力生产能力需要进一步扩大。(装机容量是指在太阳照射最强或风力最大时能生产的电力。这是一个理论上的数值。发电量是实际生产的电力,这当

@这些数字的计算方法:2019年8月6一8目。东京用电量为312吉瓦时,对于基顺电力,我得没有s4万块铁液流电池,系统寿命为30年,单位成本为36万美元。对于峰值霸票,我段设有910万块锂离子电池,系统寿命为10年,单位成本为23万美元。

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中计入了资祗的间歇性、电厂因维修和保养而暂时关闭的情况,以及其他影响因素。发电量通常小于装机容量,而在资源不稳定的情况下,比如依靠太阳能和风能发电,两者之阀的差距可能更大。)

算上我们将使用的额外电力,并假定风能和太阳能将发挥重要作用,那么要想在2050年以前实现美国电网完全“脱碳,＂需要在接下来的30年里每年增加约75吉瓦的装机容量。

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这个数字大吗?在过去10年里,每年平均增加了22吉瓦。现在我们需要在此基础上再增加两倍以上的装机容量,并在接下来的30年里一直保持这一步伐。

这项任务并不难完成,因为太阳能电池板和风力涡轮机的制造成本越来越低,而且效率越来越高。换言之,我们发明了新的方法。可以从给定数量的太阳能或风能中获得更多电力。(时下最好的太阳能电池板只能将不到四分之一的照射阳光转化为电力,

而市面上常见的太阳能电池板的理论上限为33%左右。)随着转化率的不断提高,在同等面积的土地上获得的电力更多,这将有助于我们更广泛地应用这些技术。

但仅有更高效率的太阳能电池板和风力涡轮机还不够,因为美国在20世纪所建造的设施与21世纪的需求不匹配。地理位置将比以往任何时候都更重要。

电网运营伊始,公用事业公司就将大多数发电厂建在了美国

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电力主产与0

高速增长的城市周边,因为这可以相对容易地利用铁路和管道将化石燃料从开采地运送到发电厂。结果就是,美国电网依赖铁路和管道进行长距高的燃料输送(将燃料运至发电厂)然后再依赖输电线路进行短距离的电力输送(将电力输送到各个用电城市)。

这个模式并不适用于太阳能和风能,我们不可能用轨道车把阳光运送到某个发电厂,阳光必须在现场被转化为电力。但美国的大部分太阳能都在西南地区,大多数风能集中在北美大平原地区,远离多个大都市圈。

简而言之,在我们越来越接近“零碳”电力的道路上,间歇性是推高成本的主要力量。这就是为什么那些试图走绿色环保路线的城市仍在用其他电力生产方式补充太阳能电力和风电,比如可按需生产电力的燃气电厂。而这些所谓的“尖峰负载发电厂＂无论如何都不可能是“零碳”的。

事先澄清一点:太阳能和风能这类间歌性能源在实现零排放方面可以发挥重要作用,而我们也的确需要它们来发挥作用。我们应该在任何经济上合算的地方快速部署可再生能源。在过去10年里,太阳能和风能的发电成本降幅令人惊讶。比如,

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2010-2020年,太阳能电池的价格已经降到接近先前的十分之一,而整套太阳能系统的价格仅在2019年就降了11%。之所以出现如此大的降幅,一个主要原因是“边学边做”:道理很简单,就某种产品而言,我们生产的次数越多,生产它的然练程度越高。

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气坝经济与人未来

我们确实需要消除那些阻碍充分利用可再生资源的障碍。比如,人们通常认为美国的电网是单一连接网络,实际上并不是这样,美国的电网不止一个,而是有很多,它们极度分散,因而基本不可能将电力输送到生产地以外的地方。亚利桑那州可以把过剩的太阳能电力卖给临近的州,但对于输送到那些相距遥远的州就无能为力了。

这个间题是可以解决的:在全国范围交叉架设数干英里的特种长途输电线路,用以输送高压电。该技术早已存在,事实上,美国已经架设了一些这样的高压输电线路。(最长的输电线路从华盛顿州延伸至加利福尼亚州。)但要对电网进行大规模的升级改造,现在还面临相当大的政治障碍。

想想看,如果要架设输电线路,让美国新英格兰地区的客户用上西南地区的太阳能电力,那么需要把多少土地所有者、公用事业公司、地方政府和州政府召集到一起?仅仅是选择路线和确立道路通行权就是一项巨的任务。而如果你想架设穿越公园的大型输电线路,往往还会遭到当地居民的反对。

跨西部快速传输电力项目( Trans West Express )计划于2021年开工,该项目旨在将怀俄明州的风电输送到加利福尼亚州和西南地区各州,预计2024年开始运营一一这与最初的规划时间相比延后了大概17年。

但如果能國满完成这个项目,那么它所产生的影响将是革命

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