清潔能源革命

陳軼翔/編譯

清潔能源革命

陳軼翔/編譯

在狂風(fēng)大作的日子里，丹麥哥本哈根海岸的風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電量已足夠丹麥全國使用，同時(shí)還有結(jié)余

不久前，瑪婭·費(fèi)利西亞·本特森（Maja Felicia Bendtsen）曾花費(fèi)了大量時(shí)間來確保在波羅的海的這個(gè)風(fēng)中小島上事情不會(huì)失控。她的雇主，丹麥Ostkraft能源公司，設(shè)有35臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)，幫助向博恩霍爾姆島上的41 000名居民提供電力。但有時(shí)候這些飛速旋轉(zhuǎn)的葉片所產(chǎn)生的電量，已超過了島上的電力所需量。所以，Ostkraft公司的工程師們不得不采取快速行動(dòng)，有時(shí)甚至在狂風(fēng)咆哮的半夜里也不例外，為渦輪機(jī)剎閘，以免使過量的電力將島上的電線熔化。這個(gè)例行工作是令人沮喪的：Ostkraft公司所被迫扔掉的資源基本上都是免費(fèi)的可再生資源。

而如今該公司則節(jié)儉多了。借助本特森及助手們發(fā)起的一項(xiàng)名為生態(tài)格網(wǎng)（EcoGrid）的項(xiàng)目，Ostkraft公司較好地利用了先進(jìn)的智能電網(wǎng)技術(shù)，能夠更有效地利用其豐富的風(fēng)能。例如，當(dāng)電力需求較低時(shí)，該公司利用多余的電力為住宅熱水系統(tǒng)加熱，使其比常溫高幾度，儲(chǔ)備能量以供日后使用。這些策略使得Ostkraft公司之前被迫為渦輪機(jī)剎閘的次數(shù)降低了80%。

這似乎聽起來不是什么大成就，但它標(biāo)志著向兩大目標(biāo)邁出了重要步伐：一是博恩霍爾姆計(jì)劃到2025年要完全擺脫化石燃料，二是整個(gè)丹麥也要在未來完全停止對(duì)化石燃料的使用。這個(gè)擁有550萬人口的資源匱乏的小國家，已為自己設(shè)定了世界上最為宏大的環(huán)保目標(biāo)：到2050年成為一個(gè)“碳中和”國家。各國代表齊聚巴黎商討全球應(yīng)對(duì)氣候變化的協(xié)議，同時(shí)很多代表們希望通過對(duì)博恩霍爾姆和丹麥的了解學(xué)習(xí)來探究自己國家應(yīng)如何快速轉(zhuǎn)變能源系統(tǒng)。“丹麥模式真的很重要?！奔又荽髮W(xué)伯克利分校的一名能源政策專家丹·卡門（Dan Kammen）說道，“究竟我們現(xiàn)在能做些什么呢？丹麥模式為我們提供了很好的借鑒?！?/p>

但博恩霍爾姆也在強(qiáng)調(diào)環(huán)保之路潛在的技術(shù)和政治障礙。丹麥一直努力將其大膽的減排目標(biāo)同稅收經(jīng)濟(jì)政策匹配起來，然而為實(shí)現(xiàn)碳中和所作的有些方面努力在政治上已變得頗有爭(zhēng)議。位于哥本哈根的丹麥能源協(xié)會(huì)常務(wù)董事拉爾斯·奧格爾德（Lars Aagaard）說：“這絕非是輕而易舉之事?！?/p>

丹麥的能源變革之路

在此番氣候變化的關(guān)注熱潮之前很久，丹麥就已經(jīng)開始了能源變革。二十世紀(jì)70年代，丹麥?zhǔn)艿搅税⒗畤沂臀C(jī)的沖擊，由于其缺乏足夠的石油和煤炭?jī)?chǔ)量，先是丹麥的農(nóng)民，后來政治官員也一道呼吁推動(dòng)可再生能源的開發(fā)利用。雖然丹麥沒有湍急的河流可供水力發(fā)電，也無較強(qiáng)的陽光來進(jìn)行太陽能光電利用，但在北海和波羅的海沿岸有大量的風(fēng)能可以利用。

2012年，丹麥領(lǐng)導(dǎo)人承諾在電力和運(yùn)輸部門使用100%的可再生能源。如今，可再生能源占據(jù)了丹麥全國能源消耗總量的四分之一，與此同時(shí)對(duì)煤炭、石油和天然氣的消費(fèi)量正在下降。2014年，大約2 500臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)為丹麥提供了39.1%的電量，在未來五年中該比率有望達(dá)到50%。曾經(jīng)依靠燃燒煤炭或石油的發(fā)電廠如今在使用可再生的草和木材。由于家庭改造項(xiàng)目和更嚴(yán)格的建筑法規(guī)所帶來的效率增益，自2007年以來丹麥整體的能源消耗量降低了12%。

一直以來，博恩霍爾姆都為丹麥其他地區(qū)的發(fā)展提供了很好的借鑒。歷史上，這里的城鎮(zhèn)風(fēng)景如畫，鵝卵石砌成的街道，紅磚瓦墻，城鎮(zhèn)上的居民靠耕作和捕魚為生。然而到了上世紀(jì)80年代，漁業(yè)衰退，年輕人亦成群結(jié)隊(duì)地離開了。島上居民數(shù)量越來越少，老年人所占比例不斷增加，人們也愈加貧窮。為了尋找?guī)椭用袷″X的辦法，島上最大的城市倫訥市的市長(zhǎng)，說服了附近的五個(gè)自治市，建立起一個(gè)區(qū)域性供熱系統(tǒng)。它利用島上中央發(fā)電站所產(chǎn)生的余熱來將水加熱，并輸送到附近家庭供居民使用。其他綠色能源項(xiàng)目緊隨其后，包括兩個(gè)新型的以草為燃料的供熱站，一個(gè)將發(fā)酵的農(nóng)業(yè)廢料轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴獾恼託庠O(shè)備和首批風(fēng)力渦輪機(jī)。2007年，島上的居民委員會(huì)邁出了更大的一步，計(jì)劃到2025年實(shí)現(xiàn)可再生能源的完全供給，勾畫出“明亮綠色島嶼”的美好藍(lán)圖。

看起來是頗有成效的。如今，風(fēng)能和其他可再生能源提供了博恩霍爾姆島上43.4%的電力供應(yīng)。如果再加上用于地區(qū)供熱和發(fā)電而燃燒的生物燃料，上述比例數(shù)據(jù)則更高。同時(shí)，Ostkraft公司繼續(xù)以較快的步伐加速研發(fā)新型風(fēng)力渦輪機(jī)，升級(jí)太陽能電池板以及開發(fā)其他可再生能源的來源。明年，公司將把電力工廠中的煤燃燒器替換成木屑燃燒器。但是木屑燃燒仍會(huì)產(chǎn)生二氧化碳——主要的溫室氣體。因此Ostkraft公司正在嘗試著做進(jìn)一步的努力，把燃燒木屑轉(zhuǎn)變成使用風(fēng)能和太陽能。

早些時(shí)候，一些持懷疑態(tài)度的人曾擔(dān)心，由于風(fēng)能和太陽能取決于天氣和時(shí)間，存在不穩(wěn)定性，因而無法提供可靠的電力來源。奧格爾德回憶說：“工程師們?cè)A(yù)計(jì)如果我們將可再生能源在系統(tǒng)中的比例再增加2%~3%，那么系統(tǒng)可能會(huì)崩潰?！?/p>

生態(tài)格網(wǎng)項(xiàng)目

本特森的生態(tài)格網(wǎng)研究項(xiàng)目可以幫助證明上述觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。在過去三年中，該項(xiàng)由歐盟資助的項(xiàng)目已經(jīng)將博恩霍爾姆變成了世界上最大的智能電網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室之一。當(dāng)可再生能源豐富的時(shí)候，這些在幕后工作的自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)最大限度地使用電力，相反，如果可再生能源不足時(shí)，就會(huì)減緩對(duì)電力的消耗。例如，每5分鐘，生態(tài)格網(wǎng)就會(huì)將更新的電價(jià)發(fā)送到大約1 200戶家庭和100家企業(yè)的已安裝的智能控制器上。可以通過設(shè)置智能控制器，使其在電價(jià)昂貴時(shí)，減少電力的使用，而在電價(jià)便宜時(shí)，增加對(duì)電力的消耗。智能控制器不會(huì)關(guān)掉人們生活所必需的電器，如電燈，但可以將冰箱下一次的制冷推遲到電價(jià)下跌的時(shí)候。本特森說：“我們的目標(biāo)是未來可以提供無形的服務(wù)，消費(fèi)者將看不到我們，但仍能獲得自己想要的一切?！?/p>

今年早些時(shí)候，位于靈比的丹麥技術(shù)大學(xué)的一位電器工程師，雅各布·奧斯特哥德（Jacob Ostergaard），及其同事們?cè)治隽松鷳B(tài)格網(wǎng)對(duì)于轉(zhuǎn)變電力需求所產(chǎn)生的影響。他們的結(jié)論是，生態(tài)格網(wǎng)使得Ostkraft公司對(duì)于可再生能源的利用率提高了8%。盡管島上只有6%的家庭參與生態(tài)格網(wǎng)項(xiàng)目，同時(shí)該項(xiàng)目還存在一些技術(shù)上的缺陷，但收益亦十分明顯。本特森透露，如果參與家庭范圍擴(kuò)大，生態(tài)格網(wǎng)就將使家庭獲得更多的收益。

在博恩霍爾姆的這個(gè)大型實(shí)驗(yàn)同時(shí)還帶來了其他好處，包括有助于將電能的頻率穩(wěn)定在50赫茲以上。當(dāng)電力需求激增時(shí)，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)通過啟動(dòng)更多的發(fā)電設(shè)備，使頻率下降，從而避免了會(huì)對(duì)電器造成損害的頻率波動(dòng)。生態(tài)格網(wǎng)的智能計(jì)量技術(shù)通過調(diào)控電力供給電器的時(shí)間，從而降低了實(shí)時(shí)發(fā)電的需求，同樣可以避免頻率波動(dòng)。奧斯特哥德說：“我們可以得到類型完全相同的反應(yīng)，甚至與改變發(fā)電設(shè)備相比，我們的質(zhì)量水平更高?！?/p>

支持者一致認(rèn)為，可再生能源正在為博恩霍爾姆，乃至整個(gè)丹麥，帶來經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。隨著空氣污染減少，丹麥的國內(nèi)生產(chǎn)總值自1990年以來增長(zhǎng)了38%，甚至整體能源使用量及溫室氣體排放量也在下降。如今綠色能源技術(shù)占據(jù)了全國出口額的近7%，為社會(huì)創(chuàng)造了數(shù)千個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。

丹麥技術(shù)大學(xué)電力實(shí)驗(yàn)室的研究者們正在密切關(guān)注博恩霍爾姆島上的電流情況，這個(gè)位于波羅的海的小島已經(jīng)成為可再生能源的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地

能源變革遭遇瓶頸

以上都是好消息。但在經(jīng)歷了能源變革初期之后，當(dāng)博恩霍爾姆和丹麥想要推動(dòng)其進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，卻面臨著更多的困難。本特森說：“我們已經(jīng)完成了初步簡(jiǎn)單的工作，未來我們要走的路布滿荊棘?！?/p>

一個(gè)很大的挑戰(zhàn)就是，要說服歐洲鄰國升級(jí)電網(wǎng)，以便更容易地分享可再生能源。分析人士指出，這對(duì)于丹麥在2050年實(shí)現(xiàn)成為碳中和國家的計(jì)劃而言，是極為關(guān)鍵的。該計(jì)劃意味著，2050年即使仍有部分化石燃料被燃燒，丹麥將開發(fā)足夠的碳排放為零的能源來承擔(dān)全部能源供給預(yù)算。當(dāng)能源匱乏時(shí)，強(qiáng)大的電網(wǎng)連接將使得丹麥可以進(jìn)口低碳能源，以減少對(duì)化石燃料的需求；同時(shí)使得丹麥能夠?qū)⑦^剩的綠色能源有效出口，有助于降低國內(nèi)運(yùn)輸業(yè)、制造業(yè)及電力部門的碳排放。

丹麥已經(jīng)與其近鄰瑞典、挪威和德國北部建立起良好的電力能源往來關(guān)系。例如，當(dāng)國內(nèi)的太陽能和風(fēng)能產(chǎn)量較低時(shí)，丹麥就從挪威宏大的水壩系統(tǒng)進(jìn)口水電。但是丹麥在嘗試將其日益增長(zhǎng)的綠色能源出口方面，則可能遇到瓶頸。

目前，過量的綠色能源通常被運(yùn)輸?shù)降聡ǖ聡殉兄Z到2050年實(shí)現(xiàn)其所有的電力均由可再生能源提供）。但德國的大部分人口和工業(yè)位于南部地區(qū)，其同北部地區(qū)的大型電網(wǎng)連接相對(duì)較少。與此同時(shí)，德國北部居民反對(duì)增建新的大型電網(wǎng)，因?yàn)檫@將有益于丹麥人或是德國南部居民，而對(duì)他們自己并無甚好處。

負(fù)責(zé)指揮哥本哈根“生物改進(jìn)聯(lián)盟”項(xiàng)目的能源分析師，安妮·格蕾特·侯絲哈德（Anne Grete Holmsgaard）認(rèn)為，除非能夠清除這些障礙，否則丹麥所設(shè)定的關(guān)于可再生能源的遠(yuǎn)大目標(biāo)在2020年之后根本沒有意義。

更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)

對(duì)于丹麥的政策制定者來說，一個(gè)更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)來自于仍主要靠?jī)?nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交通運(yùn)輸業(yè)，其所排放的溫室氣體約占整個(gè)國家排放總量的四分之一。博恩霍爾姆島上的居民承諾將于10年之內(nèi)徹底擺脫由天然氣和柴油驅(qū)動(dòng)的汽車和卡車。但是本特森預(yù)計(jì)這將無法實(shí)現(xiàn)。

本特森的預(yù)計(jì)不無道理。部分原因要?dú)w結(jié)于丹麥并沒有國內(nèi)汽車制造商，其人口數(shù)量也并不多，不足以影響國外汽車制造商去生產(chǎn)清潔能源驅(qū)動(dòng)的汽車。國內(nèi)稅收政策使問題進(jìn)一步復(fù)雜化。當(dāng)?shù)溔藶樽约嘿徺I的新車注冊(cè)登記時(shí)，需要支付的稅金比該汽車價(jià)格的兩倍還要高。較高的稅收有助于改善國家的福利狀況，同時(shí)有利于自行車和公共交通運(yùn)輸?shù)耐茝V。但是稅收法規(guī)也阻礙了電動(dòng)汽車的銷售推廣，而目前電動(dòng)汽車是燃油汽車最好的替代品。

幾年前，丹麥政府曾免除了對(duì)電動(dòng)汽車的征稅，以此刺激其銷售。同時(shí)，交通部門亦花費(fèi)了數(shù)百萬美金來創(chuàng)建遍及全國的充電站，足以驅(qū)動(dòng)10萬輛電動(dòng)汽車。但是這些政策仍收效甚微，電動(dòng)汽車的年銷售量只有幾千。即使有了如此突破性的稅收優(yōu)惠政策，電動(dòng)汽車的價(jià)格仍相對(duì)較高，而價(jià)格稍便宜的則行程較短，使得大多數(shù)消費(fèi)者猶豫不決。那些富裕的丹麥人能夠購買得起昂貴的行程較遠(yuǎn)的電動(dòng)汽車，當(dāng)然他們也可以獲得購買高端的特斯拉電動(dòng)汽車時(shí)的補(bǔ)貼。這激怒了很多丹麥的選民，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為自己是被迫對(duì)富人補(bǔ)貼。對(duì)此政府官員的回應(yīng)就是，他們恢復(fù)了對(duì)電動(dòng)汽車的征稅，并威脅要完全鏟除其銷售。位于哥本哈根的丹麥電動(dòng)車聯(lián)盟負(fù)責(zé)人，安德斯·杰斯普·本森巴赫（Anders Jelstrup Besenbacher）說：“這不是一個(gè)成功的政治案例?！彼救酥С謱?duì)價(jià)格較便宜的電動(dòng)汽車實(shí)行免稅政策。

丹麥的可再生能源之路，還面臨著其他的稅收問題。國家對(duì)能源使用征收很高的賦稅，丹麥人被迫支付高于批發(fā)成本價(jià)近6倍的電力稅。奧格爾德認(rèn)為，這種高額的能源賦稅好處就是促進(jìn)人們對(duì)能源的保護(hù)。不利的影響則是阻止人們?cè)谌∨团腼儠r(shí)對(duì)使用的能源進(jìn)行從天然氣到電力的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也限制了電動(dòng)汽車的使用。奧格爾德說：“目前的挑戰(zhàn)不是如何產(chǎn)生更多的可再生能源發(fā)電，而是消費(fèi)使用問題，即如何提高全社會(huì)對(duì)可再生電力的使用量?，F(xiàn)行的稅收制度已經(jīng)完全不合適了?！?/p>

可能的解決方案

對(duì)于上述這些發(fā)展過程中的問題，有一些可能的解決方案。例如，歐盟委員會(huì)正致力于創(chuàng)建“能源聯(lián)盟”，旨在對(duì)歐洲大陸28個(gè)能源市場(chǎng)的電網(wǎng)連接進(jìn)行升級(jí)。分析人士指出，在丹麥國內(nèi)，儲(chǔ)備可再生能源的電網(wǎng)規(guī)模技術(shù)的普及，將有利于減少對(duì)電力進(jìn)口的需求。這些技術(shù)有很多是現(xiàn)已存在的，包括飛輪和利用電力壓縮空氣以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的系統(tǒng)。但目前大多數(shù)技術(shù)都很昂貴。最便宜的儲(chǔ)能方法是利用電力泵把水抽到山上，日后再通過渦輪機(jī)將水排放。但不幸地是，丹麥地勢(shì)平坦，并無高山。

實(shí)際上，丹麥擁有大量的地下鹽穴，已被用來儲(chǔ)存天然氣。今年早些時(shí)候，研究者們?cè)凇赌茉磁c環(huán)境科學(xué)》上提出，鹽穴也可以用來儲(chǔ)存由可再生電力產(chǎn)生的沼氣。該研究團(tuán)隊(duì)表明，可利用可再生電力將水分解產(chǎn)生氫氣，再將氫氣置入被叫做固體氧化物燃料電池（SOFCs）的設(shè)備中，與二氧化碳相互作用以生成甲烷。日后，可將甲烷通過在SOFCs的管道傳輸中發(fā)生的逆反應(yīng)，以產(chǎn)生電力，成本約為每度電3美分，和泵水系統(tǒng)的發(fā)電成本是一樣的。丹麥技術(shù)大學(xué)，Riso國家實(shí)驗(yàn)室的莫恩斯·穆根森（Mogens Mogensen）是該研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，他認(rèn)為這些結(jié)果表明，丹麥在向碳中和目標(biāo)努力的過程中，很多不同的技術(shù)都有發(fā)展空間。

以上數(shù)據(jù)源自2012年，未考慮土地利用變化及林業(yè)

迎接挑戰(zhàn)

要實(shí)現(xiàn)其2050年的目標(biāo)，丹麥需要迅速采取行動(dòng)。成本并非主要障礙。去年，研究人員同丹麥能源署一道，對(duì)放棄綠色承諾并堅(jiān)持化石燃料（未來最便宜的選擇）的成本，同堅(jiān)持四項(xiàng)綠色能源方案的成本作了比較。他們展望了未來復(fù)合型綠色能源技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)景：首先重點(diǎn)發(fā)展風(fēng)能，其次繼續(xù)發(fā)展可生成熱量、電力及生物燃料的生物質(zhì)能，再次依靠生物質(zhì)能和風(fēng)能生成氫能。研究者們得出的結(jié)論是：可再生能源變革會(huì)增加成本開支，但不是大幅度增加，因?yàn)榈溡呀?jīng)迫切需要更換其陳舊的煤炭、石油和天然氣廠。丹麥能源署估計(jì)，總體來說，從現(xiàn)在起到2050年，更加綠色環(huán)保的方案需要每年花費(fèi)60億~290億丹麥克朗，即9億~42億美元。這一數(shù)據(jù)等同于目前丹麥人每年在可再生能源方面所增加的開支——4%。

丹麥能源署認(rèn)為，較大的挑戰(zhàn)是時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)2050年的碳中和目標(biāo)，丹麥領(lǐng)導(dǎo)人需要盡快決定路線政策，因?yàn)榭紤]到新安裝的能源基礎(chǔ)設(shè)施通常有幾十年的使用周期，路線決策時(shí)間不應(yīng)晚于本世紀(jì)20年代初。現(xiàn)在由右翼政黨——自由黨控制的丹麥議會(huì)，預(yù)計(jì)將于明年開始討論2020~2030年的新的能源計(jì)劃。屆時(shí)也許就會(huì)有早期的政策線索。問題是丹麥的自由黨領(lǐng)袖能否支持由前任政府所設(shè)定的2050年目標(biāo)。

與此同時(shí)，來自世界各地的專家繼續(xù)登上渡輪前往博恩霍爾姆島上一探究竟，學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)?？偛吭O(shè)在華盛頓的世界資源研究所透露，在巴黎氣候大會(huì)前期，世界十大經(jīng)濟(jì)體中的八個(gè)已經(jīng)宣布計(jì)劃到2030年對(duì)可再生能源的使用翻倍。關(guān)于丹麥的清潔革命，有一點(diǎn)是顯而易見的，侯絲哈德說：“總體而言，丹麥人對(duì)于綠色能源發(fā)展是很自豪的，但是現(xiàn)在我們遇到了一些發(fā)展中的困難?！?/p>

[資料來源：Science][責(zé)任編輯：遙醒]