能源新时代第二部分:
优化能源结构,助力未来发展

2023年5月26日(KST)
目前,面向净零排放社会的全球进程稳步推进,但实现碳中和任重而道远,需要多方面的研究与探索。韩华新闻编辑室将介绍两集专题系列《能源新时代》,分析脱碳进程中的关键因素。在系列的第二部分将重点介绍有何最佳能源结构,如何利用可再生能源,还要说明在制定建设绿色未来的计划时,为何要考虑不同国家的环境差异。

按此阅读本系列的第一篇文章。

最近,全球开始关注为我们社会提供电力的能源来源。众所周知,大气中大量的二氧化碳是引发气候变化的主要原因,而我们生产和消费能源的方式会大量排放二氧化碳。随着异常气候现象频繁发生,能源危机持续不断。因此,建立既不会导致气候恶化又能满足电力需求的能源系统,成为人类共同面临的当务之急。

能源是经济开发和经济增长的核心动力。很多人担心,社会向绿色能源转型,就得放弃经济发展或生活质量的改善。然而,根据国际能源组织(IEA)发布的《2050年净零排放:全球能源行业路线图》报告,可再生能源转型虽然需要社会的巨大变化,但不会导致社会进步倒退。根据报告中概述的净零排放路径,到2050年,虽然全球人口增加20亿多,但可以比现在少8%的发电量,支撑比现在高出一倍的经济规模。即,通过行为变化、能源使用效率优化、资源使用增效以及扩大绿色能源使用范围,就可以实现经济回升,并抵消不断增长的能源需求。

欧盟的REPowerEU计划美国《通胀削减法案》(IRA)等新出台的政策,激发对绿色能源领域的投资。同时,我们必须认识到,能源转型本质上就是多方面、多层次的。要促进能源转型,需要较长时间和多方面的合作,又要积极利用所有可用的资源和技术,建立兼顾不同地区地理特点的能源结构。令人欣慰的是,要求优化能源结构的声音日益高涨。本文将详细分析能源结构,深入了解多种能源的特点和净零排放社会如何实现能源结构的和谐。

探索能源结构

全球能源结构就像能源供应对象——地球一样庞大而多样。联合国西亚经济社会委员会(UN ESCWA)将能源结构定义为“为了满足能源需求,以不同比例调整现有资源的方式。”能源结构是某一地理区域的最终能源消耗结构,通常以国家为单位,一般由化石燃料、核能、废弃物和可再生能源等一次能源组成,可再生能源又包括生物质能、风能、地热能、水能和太阳能等。从这些资源中获得的能量用于电力生产、为交通工具提供动力以及为建筑物供热供冷等。

当今,全球能源结构仍以化石燃料为主,化石燃料在全球能源消耗中占80%。全球能源消耗中石油所占比例最大,其次是煤炭、天然气和水电。近十年来,风能和太阳能增长显著,分别从2011年的1,215太瓦时、181太瓦时增加到2021年的4,872太瓦时、2,702太瓦时。然而,如果要在2050年实现净零排放目标,就需要彻底扭转这一顺序。

实现净零目标,尽管还有很长的路要走,但无需绝望。全球能源部门实现净零目标并非易事,但世界能源署(IEA)的净零路线图提出了可行的预设,可以有效阻止气候变化。该路线图包含能源部门大幅减少碳排放的重要里程碑,包括到2025年不再销售化石燃料锅炉,到2030年电动汽车提升至全球汽车总销量的60%等目标。如果该路线图得到成功实施,预计在今后30年内可减少37吉吨的碳排,实现净零目标。

通往低碳社会的旅程不是短跑,而更像是一场马拉松。不过马拉松也是一场赛跑。到2030年,要想朝着终点跑完全程,就必须大幅扩大一切目前可用的清洁能源技术,包括可再生能源发电、电动汽车和节能建筑改造等。水涨才能船高,为了抵消气候变化所致的负面影响,政府要适当干预,为社区、国家、地区和整个地球提供可持续且全面的解决方案。

绿色技术赋能未来

众多现有和新兴的脱碳技术中,可再生能源仍然是实现净零排放的关键。大部分能源自古以来一直在我们的日常生活中普遍使用。例如,水力发电历史可追溯到公元前200年,海洋能源可利用海浪和水流进行发电。还比如由各种有机材料(例如木材)生产的生物质能,以及从地球内部生产的地热能等。展望未来,在实现净零排放目标的过程中,太阳能、风能和氢能技术将逐渐成为核心技术。

太阳能

太阳能是地球上最丰富的能源。尽管不同地区之间的日照时长不同,但利用太阳能很有助于每个国家改善能源结构。过去十年来,光伏电池板价格直线下降,也使太阳能成为更有魅力的可再生能源解决方案。当然,光伏发电成本因地而异,但国际可再生能源署(IRENA)的一份报告显示,相对于化石燃料的较高成本,太阳能仍具有价格竞争力。

在可再生能源基础建设和能源安全方面,太阳能具有多元优势。光伏电池板可以安装在城市里的建筑物或独立设施上。其实,现有任何建筑结构经过改造后,都可以安装光伏电池板。通过光伏电池板,还可以向微电网提供电力,为公交车站等小型站点和较大面积的社区供电。当主电网出现故障时,微电网可以保持照明或提供电力。光伏系统有独立性的特点,非常适合用于偏远地区。事实证明,光伏发电除了微电网以外,在增强发生自然灾害时的能源系统韧性方面也有着重要作用。因此,不少国家也在考虑在太空建设光伏发电站,以减少碳排放。

风能

风能是人类历史上最古老的能源之一。几个世纪以来,人类一直利用风力实现船只航行或驱动风车。这个久经考验的能源,在现代依旧是重要能源之一,未来仍将如此。风力发电可以用于多种地形,包括农村、沿海社区以及海上。风电站适合建在优质风源较多的偏远地区或岛屿。陆上公用事业规模的风力涡轮机也是最低廉的能源之一。随着技术的持续发展,风电成本竞争力有望继续提高,贡献于社区的发展。全球风能委员会(GWEC)报告显示,风能带动的产业领域不断扩大,在未来五年内,风电行业将为全球创造330万个新的工作岗位。

氢能

氢已成为绿色能源领域的热门话题,尤其是因其成为减排难度高的行业值得考虑的潜在减排燃料而备受关注,如陆上交通、海上运输和航运等行业。但氢不仅用作燃料,也可以用于存储能源。氢气是应对太阳能和风能间歇性的很好方法,因为氢可以长时间大规模储能后,在能源需求高峰时释放使用。

预测显示,到2050年,氢能将贡献于全球每年减少20%以上的碳排,而且随着对氢能的关注度上升,氢能投资和项目开发速度也将加快。其中之一就是H2GT(即混氢燃气轮机技术)。借助H2GT,改造现有的LNG燃气轮机时,可将混氢比例提高到65%。通过将电网转换为混烧系统,H2GT可防止现有能源系统沦为明天的搁浅资产

储能系统

智能化绿色能源与储能系统(ESS)等储存技术相结合,就可将可再生能源与现有电网对接,这对实现净零排放目标至关重要。没有储能系统,社区将无法有效管理电力供需变化。储能系统可以储存可再生能源生产的剩余电力,可以增强绿色能源基础设施和电力供应的稳定性。储能系统可用于住宅用或公用事业等多种环境,是加强各种可再生能源利用效率的有力工具。

碳捕存

碳捕存、利用和储存(CCUS)技术是有望帮助我们实现气候目标的又一系列技术。碳捕存(CCUS)涉及捕获工厂和发电厂排放的二氧化碳,甚至可直接从大气中捕获二氧化碳。然后压缩后加以利用,或送入可以永久捕存二氧化碳的地质结构中。从理论上讲,这种系统完美无缺。然而,这种方法也有局限性。如果不降低整个碳浓度,捕获二氧化碳不等于排放量下降。在现阶段,尽管碳捕存技术能够为去碳提供基础,但还需要进一步发展才能全面得到利用。即使如此,专家们预测,随着技术的发展,碳捕存技术可为实现和维持净零排放发挥重要作用。

向地球每一角落,提供能源解决方案

虽然这些能源解决方案有助于建设脱碳社会,但还没有一种“放之四海而皆准”的完美的能源结构。在探索最佳能源结构时,必须考虑到不同国家独特的基础设施和自然环境。

比如风电。对风力丰富的英国来说,风电是符合脱碳化趋势的资源,可以在能源结构中占据优势地位。然而,对于很少有风的喀麦隆等国家来说,风电就不适合。太阳能也是如此。光伏电池板可以在阳光明媚的美国亚利桑那州等地区取得惊人的成功,但在像一年四分之一几乎没有阳光的挪威,光伏效果就不会尽如人意。

可持续且高效的能源结构,取决于不同的能源需求和特定地理环境所决定的自然资源。比如,哥斯达黎加利用其广阔的水路进行水力发电,生产能源需求的73.4%。冰岛与其国名正好相反,拥有丰富的地热,利用地热满足每家每户的供暖需求。北海海上风电具有相当于欧洲当前电力需求六倍之多的生产潜力。北非和中东因其晴朗的天空具有光伏发电的巨大潜力。在朝着净零排放目标前进的过程中,在树立气候目标、进行政策干预和引进激励措施时,都要兼顾地理、政治、经济、环境和发展水平等因素后制定最佳路线。

步入可持续发展

化石燃料不会在明天突然消失,也不必如此。充分利用并尽快全面采用现有技术,也能实现脱碳目标。然而,要想真正实现净零排放目标,需要更周密预测能源未来,准确评估资源供需情况后制定并实施有效的解决方案。

从沙漠到海洋,从溪谷到山顶,我们周围可转化为可持续能源的资源不胜枚举。净零排放目标完全最终可以实现。如果能够找到一个最优化的能源结构,就能提早迎来一个新能源时代,使我们的地球更加健康、繁荣。

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