人類面臨的能源挑戰

未來有可能我們將不得不根據能源的供應時間改變我們的用電習慣，而不是改變能源生產以滿足我們的使用需求

●劉玲玲 編譯

隨著全球人口的膨脹和發展家的工業化，人類對能源的需求達到了前所未有的水平。世界能源理事會(World Energy Council)最近的一份報告認為，能源行業正面臨長達數十年的轉型，最大的問題是如何應對未來幾十年即將飛速增加的能源需求。

新能源入網並不簡單

當前，世界上的初級能源供應有五分之一來自風能、太陽能、水電和地熱等可再生能源。預計從現在到2040年，這一領域將保持年均2.6%的增長率。

直到最近，可再生能源的主要來源仍是水力發電，而增長最快的是風力發電。但是隨著太陽能電池板技術取得了新的進展，太陽能發電量出現了激增。

不過，將這些新能源接入現有的電網並不簡單。在許多西方國家，為家庭和辦公室供電的電網已經有數十年的歷史，它的目標是提供穩定、可靠的電力。然而，風能和太陽能非常依賴於天氣——對太陽能來說，還與一天的時段有關——這意味著在需求高峰時，它們可能無法滿足電力需求。

大多數國家的解決方法是儲備更多可靠的能源——化石能源。但麻省理工學院能源計劃總監羅伯特·阿姆斯特朗(Robert Armstrong)表示，這會限制實際使用的可再生能源。阿姆斯特朗的模型表明，如果沒有能源儲存，我們使用的電力中只有大約10%可以通過太陽能滿足。

超級電網有利有弊

一個解決的辦法是，擴大電網的配電範圍——創建所謂的「超級電網」。其基本思路是，如果可以在更廣泛的地區分享能源，那麼電網中某一個地區受陽光、風力強弱的影響就會減小。

這些方案設想將幾個國家的電網連接在一起，以便在各國之間共享電力。近幾十年，歐洲和美國都討論了超級電網的提議。

最近甚至有人呼籲建立全球電網，這個想法得到了國家電網的支持，為此國家電網成立了全球能源互聯發展與合作組織。

一些國家在這方面已經開始行動。英國正在與法國、比利時、丹麥、愛爾蘭和挪威等地的電網建立新的水下電力連接，能夠進出口11吉瓦的電力。在亞洲，日本、、蒙古國和韓國也正在朝著建立超級電網的方向發展。

利用鄰國的過剩電力可能有助於降低新能源項目的建設成本。例如，在蒙古國的戈壁和西北部地區計劃開發的大型風能和太陽能發電站。這些地區人口稀少，出口多餘能源可以帶來巨額收入。

俄羅斯斯科爾科沃創新中心能源系統中心主任雅努什·比亞萊克(Janusz Bialek)說：「問題是建造這樣的電網成本高昂。」

遠距離傳輸電能的效率低下，許多國家需要對輸電網進行升級改造才能解決這一問題。

「還有安全方面的考慮。」比亞萊克說，「全球電網一旦出現故障或遭遇襲擊可能會對許多國家的供電安全造成嚴重威脅。」

不過，如果能夠找到一種很好的儲存電力的方式，那麼國家之間對超級電網和電力分配交易的需求就會減少。

新能源儲存技術是突破口

目前，儲存風能或太陽能生產的電力還沒有簡便的方法。諸如電容器和飛輪等技術可以在幾分鐘或幾小時的時間內儲存能量，但電網需要調整，只有在輸入的能量與輸出的能量相同時，它才能工作，所以供應必須符合需求。

抽水蓄能電站可以作為一個解決方案。在英國，過剩的電力會把水抽送到蘇格蘭和威爾士的水壩頂部，在那裡作為潛在的能量儲存。當需要時，釋放水以驅動渦輪機發電。

目前正在北海鋪設的電纜將很快幫助英國電網接入挪威的大量抽水蓄能電站。來自風能和太陽能的過剩電力將被出口到挪威儲存起來，以便在需要時購回。

但對建設新的大壩是有爭議的，因為它會破壞當地的生態環境。研究人員正在尋找其他解決方案。一些人正在建設電池庫來儲存能源，但是目前的電池技術還不足以有效地儲存大量的能源。

「我的猜測是，解決方案將以燃料的形式出現。」阿姆斯特朗說，「我們可以把過剩的風能和太陽能製成燃料，比如分解水產生氫氣。我們還可以利用過剩的能量減少二氧化碳，把它和氫氣合成起來製造合成烴。」

人工智慧或改變用電習慣

有些人認為可再生能源面臨的問題可以用更直接的方式來解決，比如更加密切地監測單個家庭的能源消耗。歐盟計劃到2020年在居民家中安裝5億個智能電錶來監測能源消耗。

蘇格蘭愛丁堡赫里瓦特大學智能電網講師瓦蘭廷·羅布(Valentin Robu)說：「人工智慧對於分析整個電網中產生的大量數據和採取實時控制決策至關重要。」

它也可能導致我們的消費方式發生根本性變化。瓦蘭廷說：「一種離我們並不遙遠的未來是，我要求能源公司提供最便宜的電價，而他們給我發來一些連接到我的無線網路的插頭。這意味著你不再能控制你的洗碗機或洗衣機了。」

相反，這意味著我們的能源公司將控制我們的家用電器運行。當天氣晴朗，太陽能充足或用電需求較少的時候，他們能夠打開家電。

這種做法將意味著過去一個世紀以來「按需供電」的能源消耗方式的根本性轉變。相反，我們的冰箱何時進行冷卻循環或電器在何時打開可能要根據天氣的變化或一天中的時間來確定。例如，洗碗機可能會在白天我們工作的時候運行，而不是在晚上。

多年來，我們根據自己喜好的時間消耗能源，並支付統一的價格。未來有可能我們將不得不開始根據能源的供應時間改變我們的用電習慣，而不是改變能源生產以滿足我們的使用需求。