未来发电仅靠清洁能源?事实证明这恐怕会带来灾难性的后果

能源
未来发电仅靠清洁能源?事实证明这恐怕会带来灾难性的后果
麻省理工科技评论 2018年3月6日

2018年3月6日

使用可再生能源的根本问题在于阳光和风并不是一直都有。
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使用可再生能源的根本问题在于阳光和风并不是一直都有。

在美国,越来越多的城市和州已经提议:在未来的几十年内,所有的电能都要来自太阳能和风能这样的可再生能源,有些地区甚至已经通过了相关法律。这听上去可能是个利国利民的好主意,但是有越来越多证据表明结果并非如此。完全使用可再生能源而摒弃其它一些不会产生温室气体的发电技术(例如核电和采用了碳捕集技术的火电厂)不仅会导致资源的浪费,也增加了很多不必要的麻烦。

最近一份发表在《能源和环境科学》(Energy & Environmental Science)上的研究表明,太阳能和风能确实可以稳定地为全美提供每年所需电力的 80%。不过这是在投资建设了大量的储能和输电线路等设施的基础上,不然大规模的断电事故就会时有发生。若要继续扩大规模使其供电能力充分满足全美需求,我们将需要再建造一大堆风能和太阳能发电厂或者在目前的成本下耗费巨资扩容已有的储能设施(也有可能两者都需要)。使用可再生能源的根本问题在于阳光和风并不是一直都有。该研究分析了 36 年来每小时的气象数据,发现即使是在全美范围内,可再生能源发电也不能完全满足用电需求。

若要独立的依靠这些间歇性能源,我们需要建造更多的风能和太阳能发电厂,在阳光充足和风势强劲的时期生产过剩的能源;我们也需要建造巨大的储能系统,将电能储存起来供日后使用。此外,我们可能还要修建长距离的输电线路,它们能将电能输送到全国各地有需求的地方去。基于电池的储能系统造价极贵,而抽水蓄能又受限于地理条件(它需要一组不同高度的蓄水池)。长距离输电线路造价也很贵,并且它完成审批和建设的总时间长达数十年。

风能和太阳能要想满足全美 80% 的用电需求,我们就修建需要一条纵横美国的高速输电系统,或者一个能供电 12 小时的储能系统。如果采用电池储能的方式,这种规模的储能系统将花费 25 万多亿美元。该研究表明,为了以 99.97% 的可靠性满足全美每年的用电量,电力部门必须建造一个能供电 12 小时的储能系统,同时至少将现有的可再生能源发电量扩大两倍。或者电力部门可以只少量增加风能和太阳能发电量,但是要配置能供电 1 个多月的储能系统。

除了可再生能源外还有其它一些清洁能源,例如核电或者采用了碳捕集技术的天然气发电。它们的优势是可以提供持续稳定的电能,或者至少能及时提升和降低供电量以应对用电需求的波动。“决策者们在做决策前,,最好先考虑一下这份研究中的数据以及这种数据分析所得出的利弊,再决定是否要完全使用电能或者风能发电。”加州理工学院的一名化学家、该研究的作者之一 Nathan Lewis 说道。

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