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文兴:浅谈绿色能源发电产业化

文兴   / 2021-05-08 09:38 发布

  碳中和的含义大家都知道了,碳中和的成败不仅涉及一国的生存能力,也涉及到人类家园——地球的未来。马斯克的特斯拉汽车、可回收火箭SpaceX、脑电接口及他所称建设火星基地,都看到我们居住的存在的问题。可以说,马斯克的想法走在多数人的前面,他的工作成就同样处于全球领先地位。
  我们来看看马斯克的碳中和实践。他的碳排放并不是嘴上说说而已,还真的换成真金白银。据报道,特斯拉在2020年,依靠售卖碳排放积分,获得了15.8亿美元的营业收入,是年净利润的两倍多,可以说特斯拉卖碳积分比卖车还赚钱。
  马斯克不仅造新能源汽车,还利用出售碳排放积分实质性来盈利,这值得中国充满造福人类情怀的企业学习。因为碳达峰和碳中和的背后,就是各个国家的生存权和发展权。我们知道,气候变化成为全球性难题,中国碳减排任务十分重大。气候变化实质上反映了发展问题。近年来,全球气候变化对人类生产生活的不利影响越来越突出,应对气候变化已经成为人类社会共同面临的最严峻挑战之一。全球大多数国家已经签署了共同应对气候变化的《巴黎协定》并明确了碳中和的时间节点,英国等国家还通过立法予以明确。根据国际能源署(IEA)二氧化碳排放量数据,2019年,中国碳排放全球占比约29%,占比第一,其后分别为美国(15%)、欧盟(10%)、印度(7%)、俄罗斯(4%)、日本(3%)。当前,碳排放权成为各国竞争夺取重要的话语权之一,实现碳达峰及碳中和成为全球竞争的重要筹码。实现碳中和碳达峰,碳核算是基础。碳排放的核算,需要实现碳排放数据标准的统一与碳排放数据质量的控制。在数据得到保障的基础上,中国碳排放可实现与全球碳排放体系的统一,全国碳交易市场可顺利运行激发活力。此外,碳核算也可从源头对减排路径研究开发,对减排效果量化评估。
  对碳排放作用巨大的就是当前的能源转型。我们知道,国际能源转型一直沿着从高碳到低碳、从低密度到高密度的路径进行。考察能源转型成功的标准可以从两个角度去评估:一是能源利用效率,二是能源密度。前者决定了成本优势,后者决定了应用场景广泛性。
  笔者在之前文章中提到了各类能源的利用效率。全年共有8760小时,核能发电全年可发电时间超过7000小时,火力发电超过4500小时,水力发电超过3800小时,而光伏与风电很难超过2500小时,保证电力供应平稳充足是一个现实存在的问题。
  能源密度是反映每百万美元GDP的能源消耗量。举个例子来体会:把能源当作钱。支票、百元大钞、一元硬币,它们的能源密度是不同的。同样去买一万元商品,用支票只要一张纸,一百元现钞要一摞,用一元硬币则需要63公斤!用这样的比喻来看各种能源密度就容易理解了。同样驱动车辆跑一段路程,汽油的能量密度高于电池,电池高于氢能源。从这样的简单类比,就能看到各类汽车驱动能源的短板。假如把问题再改成非自动做功的电力利用,核电的能源密度高于高空风能发电,高空风能发电高于火电,火电高于水电,水电高于光伏和风电。
  还有,同样是电池,锂电池和氢能源燃料电池都是利用电,但锂电池是直接用电,而氢还需要通过电转化而来,因此,氢作为二次能源,能量利用效率肯定是低的。这也是马斯克放弃氢能源的主要原因。
  再来看不是高空风能发电的风能发电。风力发电对我们来说,已经越来越不陌生。无污染,可再生,一度被世界各国科学家视作人类的理想能源。2005年,中国风电行业在起步落后十年的情况下,开始发力,用5年走完欧美国家15年历程,成为如今的世界第一风电大国。很多国人甚至会把它当成像中国高铁、中国特高压一样充满科技感的“国家名片”。但近两年,关于风电的批评声不断,尤其是一些西方学者成立反风电组织,不断强调风电是垃圾电,影响生态。
  以往的风电强国瑞典、荷兰、澳大利亚等国,开始大面积拆除自身的风电设备,因为影响鸟类,影响气候,带来电磁污染、噪声污染、光影污染等。影响气候的原因主要依据就是能量守恒。自然界的能量或者说地球得到的能量是守恒的,风力被转化为电力,风自然就少了。量变到质变,自然会产生作用。
  还有说风电是垃圾电的,风电有两个特点:一是出力的随机性,二是逆调峰特性。换成白话来说,就是风力发电,大小不受控制,时大时小。正是因为这两个特点,导致弃风现象非常严重。要知道,并入电网的电力资源必须是非常稳定的,这样才能供给全国。对于这种非常不稳定的风电,电网根本无法承载,也不敢运输。这些风力产生的电能只能被白白浪费掉,这就是风电行业中为什么会把风电称为“垃圾电”的真正原因。如今的解决办法就是建造类似天荒坪的储能水电站,建立蓄能电站,就是用风电把水举高高,用的时候再放下来发电,问题就在于有风电的地方,有没有类似天荒坪那样的山顶水库。
  其实,这些问题已经在高空风能发电领域解决了,只是这个技术与空域管理有冲突,或者说还没有找到合适的管理方法,因此,是时候把绿色能源发电的产业化研究,放到高空风能发电领域了。
  能解决能源不可能三角问题,我们还怕产业化应用的细枝末节吗?