資源短缺日益嚴重,日本遭遇核災難,全球開始變暖,這些都告訴人們一個事實:全球的能源體系不具備可持續(xù)性。為了改變這一現(xiàn)狀,各種目標遠大的計劃應運而生。比如,德國就在考慮實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展能源供應,這種轉變注定要面對種種挑戰(zhàn),但是同時也將為人類、環(huán)境和經(jīng)濟帶來諸多機遇。
聽起來像是科幻小說里的情節(jié)。驅(qū)使小行星進入環(huán)繞月球的軌道,然后讓機器和設備降落在這些小行星上,開采鐵、鉑和稀土元素等原料。2012年4月,當一家名不見經(jīng)傳的公司首度展示這個商業(yè)模式時,著實讓全世界大吃一驚。這個乍聽起來猶如癡人說夢的設想,實際上是一個嚴密的計劃。宣布這一目標的公司名為“Planetary Resources”。據(jù)多家機構的可行性研究報告,此類項目*早2025年就有望進入實施階段。
該設想背后的目的不無道理。據(jù)智庫機構“全球生態(tài)足跡網(wǎng)絡”(Global Footprint Network)計算,如果我們不設法節(jié)制目前的資源消耗速度,那么到2050年,我們將需要兩到三個地球滿足人類的資源需求。與此同時,卻有巨大的金屬和礦石礦藏與地球擦肩而過,它們就是不計其數(shù)的小行星。那么開采小行星上的礦藏是否就可以解決我們的資源短缺問題?或許可以,但是這種方式可能會過于昂貴、過于復雜。更為現(xiàn)實可行的出路是更經(jīng)濟有效地利用現(xiàn)有資源。
然而對于很多國家而言,這卻絕非易事。之所以說它是個巨大挑戰(zhàn),皆因我們*終要同時克服當今面臨的兩大難題:氣候變化和資源短缺。要實現(xiàn)這個目標,就必須本著更好地實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這一目標,對我們的經(jīng)濟和能源體系進行重大改革。經(jīng)濟改革要求加強原材料的再利用、循環(huán)利用和閉環(huán)廢物管理。能源體系改革要求大幅提高可再生能源的占比,在可能的情況下,還要大規(guī)模采用零碳能源。此外,還必須顯著提高發(fā)電和用電的效率。上述所有措施不是以2025年為期,而是必須盡快落實。
柏林勃蘭登堡門門前的一條標語寫道“能源轉型,刻不容緩!”。這條標語折射出德國對于向可再生能源、節(jié)能增效和新型交通解決方案轉型的高度熱情。
在德國,這種可持續(xù)發(fā)展的能源體系的未來面貌已依稀可見。日本2011年發(fā)生核災難之后,德國率*制定了一個宏遠的可持續(xù)發(fā)展能源供應目標。德國不僅計劃在2022年之前完全摒棄核能,還要求大力發(fā)展風能和太陽能等可再生能源(到2050年占發(fā)電總量的80%),減少溫室氣體排放(2050年之前在1990年的基礎上減少80%)。“實現(xiàn)可持續(xù)能源供應對于德國人民而言是一個世紀項目。這個目標是正確的,它的意義重大?!蔽鏖T子能源業(yè)務領域首席執(zhí)行官Michael Sü?表示,“其他國家都在密切關注德國如何開拓這條道路。”
完成這個項目不僅要求營造適當?shù)恼苇h(huán)境,而且*重要的,還要有合適的技術解決方案?!斑@意味著方方面面的創(chuàng)新:能源效率、電力傳輸、電力生產(chǎn)和存儲?!钡聡?lián)邦電力、天然氣、電信、郵政和鐵路網(wǎng)絡管理局主席Jochen Homann接受《未來之窗》采訪時表示?!暗聡I(yè)是成功實現(xiàn)向可持續(xù)能源供應轉型的一大*保*?!贝送?,一旦德國的能源體系改革取得成功,那么德國所采用的解決方案可以輸出到全球各地。
慶幸的是,實現(xiàn)建設可持續(xù)發(fā)展能源體系這一個宏大的目標,并不意味著要推翻現(xiàn)有的技術從頭再來。所需的很多技術和解決方案已接近成型,目前正在開發(fā)之中。要使能源體系具有可持續(xù)性,必須從九個不同的領域入手,這些領域相輔相成,如同拼圖游戲中的各個圖塊。
可再生能源就是一個例子?!皶r至今日,可再生能源已不再是一種小眾技術;它們已成為電力市場上的一支生力軍。所以在中短期內(nèi),它們必須更多地參與市場公平競爭?!盚omann稱,要讓可再生能源成為電力行業(yè)的中流砥柱,更需要讓它們參與市場競爭。尤其是在風電領域,這種經(jīng)濟可行性可以在相對較短的時間內(nèi)實現(xiàn)。得益于西門子風電實驗室目前正在開發(fā)的創(chuàng)新技術,用不了多久,風力發(fā)電即便沒有政府補貼,其上網(wǎng)價格也有望與燃煤發(fā)電一樣便宜。
電力高速公路。然而由于可再生能源大多來自資源豐富的地方——比如在陽光充沛地區(qū)收集太陽能,在廣闊的海洋上捕獲風能,因此就需要將輸電網(wǎng)擴建成電力高速公路,不僅國內(nèi)要暢通,還要通向國外。高壓直流輸電(HVDC)技術是實現(xiàn)這一目標的理想解決方案。在遠距離輸電中,HVDC的效率超過了傳統(tǒng)的三相高壓輸電線路。
2012年5月底,德國政府和德國各大電力公司聯(lián)合發(fā)布了一份《電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》,明確了遠距離輸電網(wǎng)絡改造的基礎指標,提出了新建3,800公里線路的計劃?!拔覀兊目稍偕茉丛谂畈l(fā)展。要將風電輸送到市場,我們亟需貫通南北的電力高速公路?!盡ichael Sü?指出。
向可持續(xù)發(fā)展能源供應轉型要求采取相輔相成的配套措施。德國聯(lián)邦環(huán)境部部長Peter Altmaier手里拿的便是這樣一幅“能源拼圖”
然而,在這一發(fā)展過程中有一點仍然非常重要,那就是不能讓市民感覺向可持續(xù)能源供應轉型的決策絲毫未考慮他們的利益或觀點?!敖ㄔO可持續(xù)發(fā)展的能源體系,還需要人們轉變觀念。”Sü?一語中的,“如果說連安裝一根電線桿都需要去爭取市民的同意,那種情形肯定行不通。人們確實愿意增加可再生能源的使用量,但如果不增建基礎設施,就不可能實現(xiàn)這一點?!?
然而,可再生能源的大量使用不僅僅要求擴建電網(wǎng)。這是因為風能和太陽能的發(fā)電量會隨天氣的變化而變化。因此,長期來看,還需要能夠?qū)⑦^剩電能存儲幾小時、幾天,甚至幾周的蓄能系統(tǒng),必要時,在風力不足的日子里,這個系統(tǒng)再將電能饋回電網(wǎng)。目前已經(jīng)有一些類似的系統(tǒng)在開發(fā)之中,包括水氫電解法和蓄電廠,以及西門子基礎設施與城市業(yè)務領域開發(fā)的Siestorage蓄電技術。Siestorage是一種基于鋰離子電池的模組系統(tǒng),它能存儲500度電(按平均水平計算,相當于50個家庭的日用電量),可以充當緩沖裝置,以應對可再生能源的短暫浮動,比如幾秒或幾分鐘內(nèi)的浮動。同時,傳統(tǒng)電廠仍然必不可少,它們要提供一定的基載電能,同時充當備用供電源,當電網(wǎng)中的電力不足時,它們可以快速向電網(wǎng)送電。啟動快、效率高的燃氣發(fā)電廠尤其適合這一用途。
百*能源生產(chǎn)大軍。無論是太陽能、風能或生物質(zhì)發(fā)電廠,還是小型熱電聯(lián)產(chǎn)廠,或是大型傳統(tǒng)電廠,將來會有數(shù)百萬臺發(fā)電機源源不斷地向德國電網(wǎng)送電——而不是15年前的寥寥幾百臺。用電者也將逐步成為發(fā)電者,或者說是“產(chǎn)消者”。這種情況加之可再生能源發(fā)電量波動不定這一特性,使得智能電網(wǎng)成為必不可少的設施,它可以*保*配電網(wǎng)絡的穩(wěn)定性,并實現(xiàn)智能化電力管理。
從全局而言,需求側也必須實現(xiàn)智能化管理。鑒于前述原因,可再生能源要求人們明智地利用手中的能源。降低能源需求的方法不拘一格。其中的一個重要手段就是實時定價機制。如果價格隨著需求的增加而上漲,那么用戶就會減少不必要的用電。比如,冷藏倉庫、空調(diào)系統(tǒng)或家用電器斷一會兒電并不會有多大影響。
這告訴我們,*清潔的電能永遠是未消耗的電能。因此,可持續(xù)能源體系這個拼圖中*重要的一塊是能源的高效利用。對于企業(yè)而言尤為如此,企業(yè)可以通過提高能效,降低能源成本,增強競爭力。
交通系統(tǒng)和建筑物也必須具備更高的能效。建筑物耗能占全球能耗的40%,若能實施簡單的節(jié)能措施,就可以使建筑物的能耗減少近四分之一。西門子目前正在為很多國家的建筑物裝配節(jié)能設備,從而打造出全世界屈指可數(shù)的可持續(xù)發(fā)展建筑物。
在對建筑物進行現(xiàn)代化改造時,西門子常常發(fā)現(xiàn)唯有采用明智的融資方案,才能取得更好的節(jié)能增效結果。對于預算有限而仍希望設法降低能源需求的城市而言,明智的融資方案尤其重要。西門子采用的合同能源管理就是一種明智的融資方案。根據(jù)合同,用戶不需要為現(xiàn)代化節(jié)能設施的初始安裝投入任何成本。然后,他們只需要用節(jié)約的能源成本分期支付設施升級費用。
首要目標:可靠的供應。在為構建可持續(xù)發(fā)展能源體系采取的一切行動中,有一個目標始終占據(jù)著頭等重要的位置:能源供應的安全性。未來的能源供應必須可靠,其價格必須適度。“我們可以想象得到電網(wǎng)費率將上漲,那么電價也會隨之上漲?!?Jochen Homann表示,“但是必須要盡量控制成本;配電網(wǎng)絡的擴建必須以滿足安全供應的需求為限,不能過度。此外,成本去向必須透明,成本必須在消費者群體中公平分攤?!?
同時,能源供應在任何情況下都應具備穩(wěn)定性,尤其是在像德國這樣的高度工業(yè)化國家。2012年7月印度發(fā)生了大規(guī)模停電事故,致使近6億人口在長達兩天的時間里無電可用。如果德國的電網(wǎng)也像這樣頻繁出現(xiàn)故障或供應中斷,那么就會有損于全國工商業(yè)的競爭力。
鑒于上述原因,所有措施必須像拼圖的圖塊一樣整合起來。在適當?shù)目蚣芟?,也就是政府對可再生能源、能源效率、配電網(wǎng)擴建、網(wǎng)費和研發(fā)的適當支持下,各種措施的相輔相成將構建出一副和諧的整體藍圖。這是向可持續(xù)能源供應轉型的必由之路;同時在轉型過程中研發(fā)出的產(chǎn)品還可以輸入國際市場,成為重要的出口產(chǎn)品,因為其他國家遲早需要探尋自己的可持續(xù)能源供應之路。
目前德國的哈爾茨山就在實施和測試一個可持續(xù)能源體系項目。在該地區(qū),可再生能源盛行,占當?shù)仉娏?0%以上。但問題是如何既*保*所有電網(wǎng)的穩(wěn)定性和配電系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性、可靠性與安全性,又實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的電力傳輸。
Harz.EE交通研究項目由德國多個部委扶持,參與方包括西門子、移動通訊運營商沃達豐、公用事業(yè)公司E.ON和德國鐵路系統(tǒng)。各方正在研究將各地的可再生能源應用于電動車輛,以及將這類能源并入智能電網(wǎng)的方法。盡管存在地理限制,該項目還是展現(xiàn)了交通如何被納入更廣泛的可持續(xù)發(fā)展能源體系,而這不需要任何宇宙飛船或行星的幫助。
作者:Sebastian Webel
電力矩陣
人類對能源的需求始終有增無減。電力能以一種經(jīng)濟、清潔、可靠和高效利用資源的方式來克服人類面臨的能源挑戰(zhàn)。然而,不同地區(qū)的能源需求有所不同,各種各樣的電力利用形式也不相同。此外,我們的能源體系將變得日益復雜。以往的能源轉換鏈是一條垂直的線,從原材料到原材料加工、由大型電廠生產(chǎn)可用能源,再往下輸送給消費者,一氣呵成,但現(xiàn)在它們不再局限于單一的標準結構和這種能源轉換鏈。如今的能源、地區(qū)需求和市場環(huán)境千差萬別。因此,西門子能源認為當今的能源體系可被視為一個無窮盡的矩陣;在這個矩陣中,能源需求要求我們找到能夠優(yōu)化利用所有可用能源的解決方案,這個解決方案要能超越具體能源形態(tài)、不同發(fā)電形式以及傳輸距離的差異,具有普適性。公司的矩陣式能源概念中包含傳統(tǒng)的電廠以及利用光伏、風力、水力和生物質(zhì)進行的分散式發(fā)電。蓄能系統(tǒng)和電力傳輸同樣是這個電力矩陣的組成部分。西門子能源的產(chǎn)品、解決方案和服務都以該矩陣為藍圖,因而有望幫助構建一個具有前瞻性的能源體系,在這個體系中,經(jīng)濟、高效、可靠的可持續(xù)發(fā)展能源利用將成為現(xiàn)實。