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多能集成的大能源时代即将来临
2022年6期 发行日期:2022-03-17
作者:■ 卓创资讯 赵渤文

  能源,是伴随人类文明共同发展的“大动脉”。回顾人类发展史,从学会用火开启进化之路,刀耕火种奠定了人类农耕文明;从薪柴到煤炭,蒸汽机的使用让人类从农耕文明进入工业文明;而从煤炭到原油,内燃机和电力的应用带领人类进入电气时代,人类文明实现飞跃式增长……能源为人类文明的发展提供了“动力”和“血液”。当人类社会发展到一定程度,当前的能源“动力”不足,“血液”也供应不足,此时便需要新的能源带动人类社会发展。

能源转型的三大必要性

  “石器时代的终结不是因为缺乏石头,石油时代终将结束,但并不是因为缺乏石油”这是曾担任26年沙特石油部长的艾哈迈德·扎基·亚马尼的名言。正如亚马尼所言,能源转型和下一个能源时代的到来,并非传统化石能源供应不足,而是有了新的内核和原因:人们愈加感受到自然破坏尤其是气候变化的“后遗症”,而生产力的进步正在逐渐与“碳”脱钩,同时,人类需要在旧能源的动力枯竭之际,寻找能带领人类走向下一个时代的“新能源”。

  首先,气候问题首当其冲。即便当前仍有学者对于气候变化的原因存在争执,但不可否认的是,人类的工业生产对气候的影响不可忽视,而气候变化已经成为地球环境最大的威胁,也是人类生存最大的威胁。2021年,极端天气频发:2月份美国德州寒潮;夏季中国百年不遇的洪涝灾害;同样是夏季美国极热天气与飓风侵袭;美国、澳大利亚等地连绵千里、持续多天的山火。2022年,汤加火山爆发、北美再一次遭受寒潮。除去极端天气外,冰川消融、永久冻土层融化、海平面上升等等都是气候变化带来的影响,已经影响到人类的生存问题。

  其次,生产力进步与“碳”脱钩,给了人类迈进下一个能源时代的“底气”。前美国总统、诺贝尔和平奖获得者奥巴马2017年在《科学》杂志发表《清洁能源发展趋势不可逆转》一文,文中阐述了从2008年到2015年,美国经济增长了10%,而能源消费量降低了2.5%,单位GDP二氧化碳排放量下降了18%。文中表示“美国实现了经济增长与能源消费增长‘脱钩’”。据此来看,当前经济的增长已经不完全依赖于能源消费增长,更进一步说GDP和碳,已经出现了脱钩的迹象,因此各国在能源的选择方面有了更多的底气,去追寻更高效、更有利的能源。

  最后,一种能源对人类发展的动力是有限的,人类需要寻找新的动力。回顾每一次能源革命以及同时期的工业革命,能源的迭代都有一个共同点:效率的提升。试想,若当前全球仍以刀耕火种的能源为主,是完全支撑不起如此庞大数量人口的。因此,当前全球经济增长陷入迟滞,而人们日益增长的物质需要并没有得到充分满足,全球急需一种新的力量,带领人类文明进入下一个极端。“能源转型”,应运而生。

资源储量不再是“绝对优势”,新能源技术成为必争高地

   当前我们所认知的“新能源”,与传统化石能源有两大区别:碳和资源储量。

  从碳方面来看,凡是被纳入新能源领域的,理论上都是零碳能源,如风能、光伏等。氢能也是新能源,但从其来源来看,真正做到零碳的氢能只有绿氢的部分,换言之氢能只有实现绿氢供应,才能算作新能源。

  另一方面,新能源不再以“资源储量”作为绝对优势,各国、各地区的新能源供应量做到了相当程度的公平。虽然每一次的能源革命背后都有技术的推动,但不可否认的是,自从人类走出薪柴时代进入化石能源时代,资源储量就成为了各国差异的根源之一,甚至成为了必争之地。例如当今中东地区的重要地位和动荡局势,其根源就在于该地区丰富的油气储藏成为了全球眼红的“香饽饽”;又例如美国当前经济发展重要的底气之一,就来源于页岩革命带来的能源独立;而我国之所以在2021年的全球能源短缺中快速反应,保证居民和生产的能源消费,也在于我国丰富的煤炭资源。这些例子都证明了煤油气这三大化石能源的重要地位及其受重视程度,很大程度由其资源储量地理位置分布不均匀导致的资源不均衡带来。而新能源中的光能、风能则不然,即便全球的风光分布也不甚均匀,但较化石能源而言,并不存在绝对的地理分布差异,也不存在某些国家和地区掌握绝对的资源话语权。

  既然不存在绝对的资源储备不均匀,那么未来新能源领域的竞争节点就在于新能源技术。包括新能源获取技术:风电、光伏、制氢;新能源利用技术:电动汽车、分布式电网、燃料电池等。这些新能源获取和利用的技术,将成为未来各国争相攀登的高峰。

能源转型“阵痛期”不可避免,化石能源价格波动性加强

  每一次大的能源转型都需要一个漫长的过程,这个过程也是不同能源品种之间竞争的过程。一种新的能源要想成为主要能源品种,需要具备能够“hold住场面”的基本条件:可获得、可持续、可支付。通俗来讲,就是:规模供应、稳定供应、廉价供应。而这几个基本条件背后有一个先决条件:技术过硬。

  而当前能源转型最大的困难就在于技术不够过硬。就当前的技术水平来看,新能源有着致命的缺点:不可兼得。风电、光伏提供新能源电力,但风和光都是间歇性存在的,地球的自转决定了黑夜永远会到来,光伏是时段性发电;而风电的发电量完全取决于风力的大小,亦是间歇性发电。因此,风电光伏可获得、可支付(发电成本随着技术进步持续下降)、但不可持续。绿氢的使用,要以绿电为前提,用绿电制取得来的绿氢,严格意义上来说是二次能源,这个过程必然带来的是能量的损耗和成本的上升,因此绿氢可获得、可持续、但不可支付。

  因此,在新能源的使用过程中,储能被广泛重视。只有建设完善储能环节,才能完善新能源的基本条件,才能完成新能源对旧能源的替代。储能的环节无疑增加了能源转型的过程长度,在这个过程中,新旧能源交替期间容易出现“青黄不接”的情况,也被称作“阵痛期”。例如2021年秋冬季开始、持续至今的欧洲能源短缺,抛开地缘政治因素以外,能源转型跨步太大、新旧能源衔接不良也是重要原因。

  因此在这一阶段,对于传统能源的依赖非但没有减少,反而由于各大能源商纷纷转型、或者布局准备转型,或将造成传统能源供应的短缺,进而导致对于传统能源的依赖更强,这也是能源转型过程中“黎明前的黑暗”。这一时期化石能源的价格波动性将伴随着“阵痛期”的出现显著加大,各国也将做出相应动作应对,如储备化石能源、建设化石能源对新能源补充体系等。

能源转型后畅想:“大能源时代”

  对于未来的能源,我们常怀忧思,但绝不缺乏想象力。风电、光伏将在储能的辅助下成为新能源时代的主力军,为人类社会供应用之不竭的零碳能源,既满足能源消费需求,又不会对环境形成负担;而在绿电供应充足的前提下,绿氢的制备问题也将迎刃而解,有了绿氢补充的绿色能源体系将更加完善,最终完成可获得、可持续、可支付的基本条件,真正完成能源转型。

  化石能源将逐渐退出能源舞台,但不会从历史的舞台中退场。退出能源舞台是一个漫长的过程,在这个过程中化石能源的使用成本将会上升,在其价格组成中将加入“碳排放”成本。以当前欧洲地区电价为参照物,火电成本中有较大部分是“碳排放”成本,以此来凸显新能源发电的成本优势。虽然随着新能源体系的完善,化石能源将逐渐丧失他们在能源界的真谛,但他们将有其他的“用武之地”:化石能源的使用方终将由燃料转向化工品的制备,实现从燃料到原料的转化,如石化产品、煤化工产品、天然气化工产品等。当然,即便转向化工品生产,其过程中的碳排放依然是重要的成本组成部分。

  未来的能源,将是多能集成的大能源时代。既有新型零碳能源作为能源体系的主要框架,又有传统能源的随时策应和补充;既有集中式供能,保障民生和生产,又有分布式供能实现生产和消费的有机结合。可以说,当技术完成突破,打破能源的“不可能三角”,真正的大能源时代到来之时,就是人类社会进入下一个层次的标志。


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