低碳能源轉型之路還有多遠？

文 | 保羅·愛德華茲

編譯 | 趙福艷

低碳能源轉型之路還有多遠？

文 | 保羅·愛德華茲

編譯 | 趙福艷

不久前閉幕的聯(lián)合國氣候大會，世界各國元首齊聚巴黎，商討如何應對氣候變化、提升綠色經(jīng)濟水平，達成氣候協(xié)議最終草案。其實，任何應對氣候變化的長期解決方案，都是一個讓世界能源經(jīng)濟實現(xiàn)“脫碳化”的過程，也就是要減少、甚至擺脫對化石能源的依賴。

然而轉型的道路有多遠？如何才能縮短這個路程？回看能源基礎設施的歷史，也許會給我們提供一些線索。

能源基礎設施

能源基礎設施面臨的“脫碳化”問題，是人類有史以來面臨的最大問題。因其所涉內容不僅包括能源生產，還有運輸、照明、供暖、供冷、烹飪，以及其他的基本服務體系等。從全球范圍來看，單純依靠化石能源基礎設施的除了油氣井、煤礦、大型油船、輸油管道和煉油廠等，還包括數(shù)以百萬計的汽車、加油站、油罐車、儲藏庫、發(fā)電廠、運煤列車、供暖系統(tǒng)、爐灶和烤箱等。

所有這些基礎設施的價值總值高達約10萬億美元，幾乎占美國國內生產總值的2/3。因此，短短一年甚至幾年內就要取代規(guī)模如此龐大、耗資如此之高的體系，可能性為零，這至少需要數(shù)十年才能實現(xiàn)。

當然，還有一個好消息，那就是所有的基礎設施必然有壽終正寢的一天。2010年的一項研究提到：假使現(xiàn)有的能源基礎設施超期服役會有怎樣的后果？

答案令人吃驚：如果將所有設計使用壽命即將到期的火電廠轉為光伏電站、風電場或是水電站，將每一輛報廢的燃油汽車轉為電動汽車，如此，地球就有可能維持長久適宜人類生存的環(huán)境。

該研究顯示，使用現(xiàn)有的基礎設施直到其生命周期結束，可以實現(xiàn)全球平均氣溫上升控制在2℃的目標，許多科學家視其為地球可接受升溫的最高上限。當然，我們并沒有任由情況如此發(fā)展。相反，我們正在建設更多的可替代能源系統(tǒng)，雖然鉆井、采礦、電站建設等工程并沒有減少，甚至更多，但這種情況有望有所轉變。

“起步期”到“擴增期”： 30年-100年的時限

從能源基礎設施的演變中，不難發(fā)現(xiàn)其時間分布模式竟是驚人的相似：初始的“起步期”階段，新的技術體系在整個地區(qū)得到迅速發(fā)展應用，繼而步入穩(wěn)定的“擴增期”。比如，美國的運河、鐵路、電報、輸油管道和公路建設的“起步期”持續(xù)了30年至100年；廣播、電話、電視和互聯(lián)網(wǎng)的“起步期”各持續(xù)了30年至50年。

基礎設施的發(fā)展歷程表明，可再生能源電力生產的“起步期”已經(jīng)開始且增速較快，而且政府對此一直給予大力支持。

當前，太陽能發(fā)電和風能發(fā)電比其他的電力能源進步得更快，2009年至2014年間，全球太陽能發(fā)電和風力發(fā)電產能的年均增長率分別在50%和18%。這些能源可以借助現(xiàn)有的基礎設施，向電網(wǎng)輸送電力（雖然其發(fā)電波動性需要電網(wǎng)進行有效調度）。同時，風能和太陽能發(fā)電的靈活性，可以讓住宅、農場和偏遠地區(qū)的用電實現(xiàn)自給自足。

一些國家，尤其是德國和中國，已經(jīng)成為可再生能源發(fā)電的主力軍。

德國目前的電力超過25%來自可再生能源，碳排放總量在1990年的基礎上降低了25%以上。中國以3000萬千瓦的光伏裝機總量引領全球光伏市場，并計劃于2015年年末達到4300萬千瓦。2010年-2015年，澳大利亞的光伏裝機總量也實現(xiàn)了從130萬千瓦到470萬千瓦的突破，年增長率達96%。

在電動汽車、高效LED照明、地熱供暖等技術的助力下，我們距碳中和目標的實現(xiàn)也越來越近。

那么，可再生能源基礎設施發(fā)展需要的30年至100年的時間周期有可能縮短嗎？現(xiàn)有的一些信息顯示，這并不是沒有可能。首先，就發(fā)電而言，只需將能源需求從化石能源過渡到可再生能源，電網(wǎng)、電纜等輸電設施雖然需要管理方式的轉變，但無需重建。其次，發(fā)展中國家可以跳過傳統(tǒng)的能源基礎設施建設階段，直接投入到低碳能源基礎設施的建設中。

類似的“跨越式”發(fā)展模式在過去十幾年中已經(jīng)出現(xiàn)。例如，自2000年起，移動通信網(wǎng)絡在大多數(shù)發(fā)展中國家快速普及，很多地區(qū)也直接跳過了緩慢且昂貴的固定通信網(wǎng)絡建設階段。

另外，建筑物、農場、臨時居住點和其他有能源需求的地方也可采用便攜式太陽能電源或小型風車，避免了長距離輸電線路的架設。這樣的能源利用方式在發(fā)展中國家隨處可見。

然而，對發(fā)達國家來說，向可再生能源轉型可能需要更長的時間。因為發(fā)達國家不僅是設備，還有專業(yè)技術、教育、財政、法律、生活方式和其他社會文化系統(tǒng)等，都是依賴以化石能源為基礎的能源基礎設施，因此必須進行改革。

這樣，一些大型的工業(yè)生產——特別是煤、石油和天然氣——在轉型的過程中必然要承受巨大損失，也避免不了政治上的阻礙，今天的美國就是如此。

與化石能源競爭是個棘手的問題

當然，能源基礎設施的改革不是轉型之路的唯一挑戰(zhàn)。事實上，實現(xiàn)低碳化面臨的是極大的技術難題。

改善燃油的經(jīng)濟性、實現(xiàn)高效的電力驅動是目前減少碳足跡的最有效方式，但這些都不足以讓人們感到興奮，更不會成為他們相互間談論的熱點話題。

在目前乃至可預見的未來，沒有一種能源的來源是真正“零碳”的，因為我們仍需使用以化石燃料供能的設備去開采制造業(yè)所需的原材料并運輸制成品，包括將可再生能源轉化為電力的太陽能電池板和風電機組等。

電力是一種具有極好靈活性的能源形式，但儲存仍是難題；目前最好的電池技術需要的研發(fā)材料是一種罕見的鋰金屬，盡管對其進行了深入研究，但用其制造出來的電池仍然具有成本高、重量大和充電慢的缺點。

稀有金屬——只能在僅有的幾個地方發(fā)現(xiàn)的極其罕見的金屬——是當前開發(fā)風電機組和其他可再生能源技術的關鍵因素之一，因此稀有金屬資源的供應問題必須得到重視。最后的結果是，在許多情況下，石油、煤炭和天然氣發(fā)電仍將是最方便、低廉的電力供給方式。

另外，要把跨越大陸的長距離輪船海運、貨車陸運和飛機空運這些主要的運輸方式轉變?yōu)槭褂每稍偕茉磥砉┠芤彩且粋€難題。據(jù)悉，生物燃料提供了減少這些運輸系統(tǒng)碳足跡的可能性，但是也會存在這種生物質能源植物的生長與糧食油料作物競爭的問題。

再有，全世界能源的供給都來自可再生能源，這個最終目標首先需要在原則上可行。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在原則上可行且較容易實現(xiàn)的僅有風能、水能和太陽能三種，并且最終的消費價格會低于當前能源系統(tǒng)。

基礎設施如同社會責任

巴黎聯(lián)合國氣候大會的召開對低碳能源轉型而言意義何在？

加速能源體系低碳化不能僅依賴于技術創(chuàng)新，因為基礎設施不只包含技術系統(tǒng)，還要依靠政治、金融、社會承諾、行動、歷史和這一系列的維護者們，它們之間相互影響、相互作用。為此，去碳化既需要在文化觀念上有實質性的轉變，還要克服政治上的障礙。

從文化角度講，能夠激勵我們加速轉型的一個口號可能是“能源民主”：其意味著我們可以在家里或是別處小規(guī)模地開展能源生產行動。

在普通家庭財政支出能夠承受的范圍內，新建工程技術和低價的太陽能電池板已經(jīng)帶來了“零能耗”的房屋（生產越來越多的能源供居民消費）。這些是德國雄心勃勃推動能源轉型戰(zhàn)略或是遠離化石能源計劃的重要組成部分。

在基礎設施的歷史進程中，當一項新技術脫離大型公司和政府時，為了讓個體和小型企業(yè)接受，在“起步期”經(jīng)常被加速。20世紀早期的電力和20世紀90年代的互聯(lián)網(wǎng)就是最好的證明。

在澳大利亞的昆士蘭州有超過20%的家庭在用電方面實現(xiàn)自給自足。這說明屋頂太陽能這種新的用電模式的可行性，而且在某些地方已被普遍使用。事實上，最近的一項調查發(fā)現(xiàn)，能否為一個家庭的房屋增加太陽能電池板的數(shù)量決定于他的鄰居是否已經(jīng)安裝了太陽能電池板。

如何擊破低碳能源轉型中的難題

很多不同的政策措施既能幫助降低能源的消耗，又能在混合能源中提高可再生能源市場份額。

未來的建筑條例有可能逐步地調整為要求每個房頂進行能量生產，或者是逐漸提高LEED（美國民間綠色建筑認證獎項）“綠色建筑”的標準。當降低了化石能源燃料的消耗并提高可再生能源使用率時，逐漸增加的煙塵排放稅和限額交易系統(tǒng)（已經(jīng)在一些國家實施）將進一步激勵低碳能源體制和標準的創(chuàng)新。

在美國，至少從政治層面來講，消除當前許多對化石能源的補貼可能被證明比征收碳排放稅更容易，同時，還要發(fā)出兩者價格不相上下的信號。

奧巴馬政府推出的清潔能源計劃旨在減少來自火電廠的碳排放量，這代表著政策變動的正確性。該計劃給那些公用事業(yè)公司留有逐漸適應政策、發(fā)展初期的碳捕獲和儲存系統(tǒng)的時間。據(jù)美國環(huán)保局預算，這項計劃將帶來200億美元氣候變化方面的利潤和140億－340億美元的保健福利金，然而，成本卻不多。

溫室氣體有多方面來源，包括農業(yè)生產、動物飼養(yǎng)、制冷劑和森林砍伐等，因此全球經(jīng)濟的低碳化更傾向于使用可再生能源。

本文講述了低碳能源轉型系統(tǒng)難題中的一小部分問題，但對基礎設施前景的解析也許能幫助我們思考這些難題。

基礎設施的歷史告訴我們，脫碳化目標的實現(xiàn)不會像我們想象的那么快，但它可以向我們展示加速轉型的方式。很多變化快速發(fā)生時會出現(xiàn)一個轉折點時刻，我們可能就在這樣一個時刻的邊緣。巴黎氣候協(xié)議的達成，會讓許多國家在推動低碳能源系統(tǒng)轉型向前發(fā)展過程中得到啟示。

（本文作者為密歇根州立大學信息學院歷史系教授，原文刊于澳大利亞對話網(wǎng)站）