如何實現可再生能源的供電替代?電池儲能的發展會是新的重要邁進
發布時間:2019-10-17 11:38:00
關鍵詞:鋰電池礦產資源

如何實現可再生能源的供電替代?電池儲能的發展會是新的重要邁進


化石能源堪稱全球變暖的元兇,個中危害早已人盡皆知。但關鍵問題是,被視為氣候變化解決方案的可再生能源,能否足以頂替前者在全球電力供應上的角色。


近日,在一場主題為“替代能源:驅動未來的潛能”對話活動上,阿爾伯塔大學校長杜文彬(David H. Turpin)在會后接受第一財經記者專訪時表達了相似關切:“我認為全球所有國家都面臨著同一種挑戰,即如何在滿足公眾能源需求的同時做到可持續發展。”


國際能源署預測,到2035年前中國人均能源消耗量將超過歐盟,到2040年前中國家庭的平均用電量將達到目前的兩倍。可再生能源能否滿足巨大的全天候供電需求?


清潔能源是大勢所趨


根據研究公司彭博新能源財經的報告,盡管轉型速率不同,但全球各地區都在向清潔能源的方向發展。從2010年以來,全球可再生能源的容量翻了兩番達到1650吉瓦,比美國的所有發電廠加起來還多。到2050年,歐洲發電能源來源中92%都將為清潔能源,化石能源幾乎不見蹤影,而印度與中國兩大金磚國家的這一占比將分別為63%和62%,美國則只有43%。


不過,發展中國家往往仍需要碳密集型投資或項目以減少貧困。這一客觀發展規律意味著,還處在工業化進程中的國家碳排放還未到頂,也并不會自然而然地下降。在世界的發展中地區,煤炭仍然占能源消費主導地位,未來25年預計印度尼西亞燃煤發電量將增加近一倍。


好在全球對可再生能源的持續投資有利于加速扭轉這一局面。根據彭博新能源財經、聯合國環境署和法蘭克福財經管理大學的報告,僅2018年的這一投資就達到了近2730億美元,是燃煤和天然氣發電預計開支的三倍。在大力推進下,中國與印度的煤電發電量將分別在2027年和2028年達到頂峰,到2050年,太陽能、風能和水力發電在這兩國的市場份額將超過60%。


清華大學低碳能源實驗室主任、教授李政就此話題對第一財經記者表示:“發展中國家仍然處在較低的生活標準下,因此發展應是其優先點。老實說,你不能期待它們從一開始就完全使用可再生能源,因為這不可能奏效。他們可以從一些可承擔的經濟選擇開始,而這在初始階段只能是碳密集的。不過,我們可以展望的未來圖景是,當它們充分發展之后,大部分能源體系都是綠色低碳的,這是我們可以追求的方向。”


杜文彬補充介紹稱:“(國際能源署)至2040年的預測表明,能源強度(每單位GDP所消耗能源量)在中國的降低速度為全球最快。接下來幾年內,中國的太陽能光伏項目成本將很快低于現有和新的燃氣發電站。2030年前,中國的太陽能將比新的燃煤發電站更便宜。”


盡管轉型速率不同,但全球各地區都在向清潔能源的方向發展。


全天候供電的關鍵是更靈活的電網系統


那么,什么樣的能源消費結構才是理想的,哪種可再生能源應優先被選擇?


以風能和太陽能為例,經過數十年的配額、減稅和上網電價補貼等鼓勵,這兩種能源已在全球廣泛部署并逐漸提高效率。彭博數據顯示,自2010年以來,風電成本減少約50%,太陽能成本則大幅縮減了85%,這使它們比世界近70%的新建燃煤及天然氣發電廠都實惠。


不過,專家們普遍認為,以較為單一的解決方案回答替代能源全天候供電的復雜問題是不可取的。據彭博新能源金融調查,到2025年,可再生能源發電站的數量將大大超過非可再生能源發電站的數量,但前者相比后者的發電量卻仍不可同日而語。


杜文彬告訴記者:“這其中涉及非常多的考慮因素,事實上,不同種類的能源應該被聯系起來。比如說,我們往往談起太陽能,但有時候天會黑,我們還會提起風能,但有時候風并不吹(這意味著供電供能就并不穩定),這樣的例子還有很多。所以我認為,下一代的能源重點是涉及各種能源并能滿足供應需求的復雜電網系統。”


阿爾伯塔大學工程學院電氣與計算機工程教授李運帷提出,沒有對所有人都適用的能源。他表示:“大家都希望盡快實現能源轉型,但這實際取決于可再生能源供電的滲透率(實際功率與總的負荷功率的比)現在到底有多大。”譬如說,盡管風能或太陽能這樣已經存在上千年的能源可以變為本地化方案,但目前這兩種能源發電僅占全球供電比例的7%。


李運帷表示:“如果需要進一步發展,我們仍然需要更多技術創新與基礎設施建設。比如,現在許多可再生能源發電產生的是直流電或更低頻率赫茲的電,這與現存的電網規格并不相容,未來我們要做更多直流電和交流電的轉換,才能擴大可再生能源的發電規模。此外,我們也需要更智能的電網,對替代能源產生的電能進行調控。”


李運帷對記者表示:“對于增強電網靈活性,也沒有單一的解決方法。重要的是,在未來我們的能源轉型重點之一,是實現從中心化發電到分散化發電,在當地產電在當地消耗。這樣可以減少運輸途中的能源浪費和消耗,讓能源變得更有效率。”


杜文彬補充稱:“每一種能源都有自己的缺點,所有這些能源都有很大代價。我們的挑戰是看社會如何減緩以及最小化這些成本,而這也是我們正在做的。”


越來越低成本的儲能電池投資將更加火熱


在全天候供電的問題上,如果可再生能源產生的電量無法合理儲存,如果電池的成本太高以至于發電廠不愿意一次儲存幾小時的發電量備用,清潔能源就很難替代化石能源


在這樣的背景下,今年的諾貝爾化學獎授予了古迪納夫(John B. Goodenough)、威廷漢(Stanley Whittingham)以及吉野彰(Akira Yoshino)三位科學家,嘉獎他們在鋰離子電池方面的研究貢獻。這種電池可以儲存太陽能和風能,讓無化石燃料的世界成為可能。


杜文彬告訴記者:“這是能源轉型討論中很重要的一點,因為我們現在面臨的一大挑戰就是如何儲存能源,而電池儲存技術的發展會是新的重要邁進。”


根據彭博新能源財經報告,在過去不到十年的時間中,電池價格已經下降了84%,為儲能需求的急速增長提供解決方案。據該機構預測,全球儲能裝置從2018年到2040年將增長122倍,這期間的規模跨越將需要大量投資才能得以實現。


好在越來越低的電池成本將激勵投資者對公用規模電池的投入。彭博預測,到2030年每千瓦時鋰離子電池的成本將進一步降低一半。這樣一來,到2050年,公用規模電池接收的投資預計將達5210億美元,而小規模電池相比之下則只有3220億美元。此外,以吉瓦做單位衡量,近四分之三的全球儲能裝置市場正由10個國家占據。到2040年,中國和美國將遙遙領先,而目前的主要市場韓國將失去其地位。其余重要市場還包括印度、德國、拉丁美洲、東南亞、法國、澳大利亞和英國等。


李運帷也對第一財經記者補充道:“有許多種能源可以用鋰電池的技術起步,比如甲醇燃料電池,這是一種電力儲能的解決方式。但除此之外,你必須用一種聰明的方式控制負載量,讓負載量是可調節的。總而言之,這里沒有單一的解決方式,必須綜合起來使用。”


第四屆動力電池應用國際峰會CBIS2019

稿件來源: 第一財經
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