殷雄:化石能源与可再生能源的“平衡”非常重要

2021-07-31 09:26  来源:能源杂志  浏览:  

近1年的时间里,中国的能源圈被“碳中和”彻底刷屏。一时之间,风光等新能源占据了舆论的制高点,化石能源似乎只能等待消逝的命运。

但我们也不能忽视能源产业发展是有其内在的核心逻辑。而在近十几年的能源转型中,资本也在不断地持续创造价值对能源转型起到不同程度的影响。在多重外部因素的影响下,对于能源转型我们也就需要更多维度的思考与判断。

近日,记者就许多热点问题专访了《能源资本论》作者之一的殷雄教授。殷雄教授现任中国广核集团专职董事,北京大学兼职教授,兰州大学兼职教授,南方科技大学产业教授。曾在研究机构、中央部委、地方政府和国有大型企业任职,从事企业战略、企业管理和能源资本等领域的学术研究。

在《能源资本论》一书中,作者提出了能源资本的双因子干涉理论,运用驱动因子和约束因子来解释经济增长和生态环境污染的内在机制,可谓抓住了事物的本质特征。作者还提出了能源资本与相关领域的干涉效应、蝴蝶效应、乘数效应、跃迁效应和杠杆效应等概念,这是对“能源”和“资本”进行组合研究之后得出的新结论。

本次专访内容广博且极具深度,因此我们将分为上下篇进行发表。

记者:4月16日,北京一座储能电站发生爆炸,将目前储能技术的安全性问题彻底暴露在了公众面前。储能技术是能源发展中,新技术驯服老能源的典范。但是在新技术各方面成熟(安全性、稳定性、经济性、环保性)之前,我们应该如何看待和规划新技术的发展?

殷雄:迄今为止,我们还没有看到有关这次事故的权威调查报告,因此,对事故的原因和性质还不好做出准确的判断。储能技术的安全性问题,也不是这次爆炸事故才暴露出来的,而是伴随着人类能量储存的整个历史过程。任何一种储存能量的方式,都不会是永远绝对安全的,都有一个相对的安全期限。

自2017年8月韩国23个储能电站起火事故发生以来,储能安全问题就一直困扰着整个行业。对于发生的安全事故,必须首先搞清楚原因,比如,是技术问题,还是管理问题,或者是使用者的技能问题。针对不同的问题,才能提出和采取不同的有效方法,这就是“一剂药方治一种病,一把钥匙开一把锁”的道理。行业内部对所发生的事故要引起高度重视,采取各种措施加以解决,社会公众也不必要过度恐慌,要理性看待技术改进过程中出现的安全问题。

从理论上来说,任何一种安全性问题都能通过工程技术手段加以解决。储能技术也不例外,关键是需要一定的技术迭代反馈的改进时间。目前储能安全问题主要来自于电化学储能,电池本体因素仍是储能安全的核心,其诱发安全事故的来源主要包括电池制造过程的技术工艺及电池老化带来的储能系统安全性退化这两个方面,前者是一个技术工艺改进的问题,后者是一个使用标准优化的问题。要针对不同的问题,采取适宜的解决办法,而不能把不同类型的安全问题混为一谈。

储能技术的应用只有达到大规模工业化应用的阶段,它的社会效益和经济效益才能体现出来。这就需要从行业和产业的层面做出明确的技术发展规划,同时以各种政策手段鼓励和促进相关技术的不断应用与改进。储能相关技术发展规划的稳定性和坚定性,是解决储能技术安全性的唯一途径。

储能本身不是新兴的技术,但从产业角度来说却刚刚出现,正处在起步阶段。储能技术在各种能量形态中都具有极为重要的作用,也都有不断进化的空间。随着能源互联网的快速发展,储能技术作为新能源产业革命的核心,会越来越成为具有巨大发展潜力的新型产业,同时也会带来激烈的技术创新方面的竞争。

对于人类社会的未来,储能犹如能源资本的“银行”,能源互联网就是这个“银行”的储存系统。“以丰补歉”不仅是一种资源配置的手段,更是人类与自然和谐相处之道。储能与能源互联网的结合,是解决人类能源供应的时间平衡、空间平衡和总量平衡的根本途径,在这个问题上,没有任何替代方案,唯一的途径就是技术创新和技术迭代。

记者:在目前整体能源转型的过程中,我们应该如何平衡化石能源技术进步和风电光伏这些可再生、低碳能源的发展?

殷雄:我们在研究能源资本的过程中,发现任何能源形态都存在着两个完全不相关的公共因子,一个是促进经济增长的驱动因子;另一个是制约经济增长的约束因子。我们称其为“能源资本与经济发展的双因子干涉理论”。

能源资本的驱动因子,是指各种能源形态所含有的能量值及其价值潜能,决定着经济增长的快慢,因此会产生能源资本与经济增长的相互促进效应。驱动因子主要以能源资本投入数量的多少来表征,所反映的是货币资本和人力资本投入的强度。能源资本的约束因子,是指把各种能源形态的能量值及其价值潜能释放出来的水平和效率,决定着经济运行质量和效益的好坏,因此会产生能源资本与经济增长的相互制约效应。约束因子主要以能源资本使用效率的高低来表征,所反映的是技术创新和技术进步的水平。

不论是化石能源,还是可再生能源,其所蕴含的能量都是来自太阳,只是把太阳能以不同的能源形态凝固下来。人类能够有今天的物质文明成果,与化石能源的大规模工业化应用密不可分。具体地说,就是能源资本中的驱动因子为人类带来了丰富的物质产品,使我们享受到了高度发达的物质文明。与此同时,能源资本中的约束因子也随之带来了对生态环境的破坏。人类感受到蓝天白云和绿水青山的可贵,因此希望进行能源转型,使某种能源形态给人类带来更多的能量,同时伴随着更少的温室气体的排放。正是这种良好的愿望,使得人类现阶段能源形态的转型具有了某种基于生态伦理的道义责任。

社会公众有一种期待,就是能够完全用可再生能源和绿色能源来替代以这三种能源形态为主的化石能源。理想很丰满,现实很骨感。

记者:现实存在哪些困难呢?

殷雄:我们可以从两个案例中看出现实的难度。第一个例子是美国得克萨斯州大停电。这场事故原因之一就是在极端恶劣的气候条件下,缺乏能够支撑电网安全的、不受气候条件限制的、高能量密度的稳定电源形态。在极端寒冷天气期间,供电能力排名前三位的是核电、煤电和天然气电,平均小时容量系数分别为76%、39%和38%,总计提供了整个电网91%的电力。从危机期间的依靠度、效率和最低时段的容量系数这三个指标进行评级,核电为A,天然气电和煤电为C,太阳能为D,评级为F的风能成为危机中最不可靠的能源。而核电是危机中最为可靠稳定的能源。

从这个例子中,我们得到的启示既是明显的,更是深刻的。所谓明显,哪种能源形态的可靠性高,一目了然;所谓深刻,能源形态的转型是一场深刻而持久的社会革命,不是那么容易的事情。社会公众反对化石能源(核电的本质也是一种化石能源),但危机关头只有化石能源是最为可靠的。这就是现实生活中的一种悖论。

我在核电站的管理实践中形成一个观点,任何应对危机预案的有效性,必须经过小概率事件的考验。这次得州极端天气导致的停电事故,就是一次小概率事件,检验了得州电力系统的应急有效性,同时也揭示出各种能源形态必须具有一定比例配置的合理性。以核电为例,假如得州再多几台高功率的核电机组作为基荷供应电力,这次灾难程度不至于如此严重。反核电,作为一种社会思想意识是有其依据的,但现实生活的残酷性说明,非理性地反核是为人类自己“挖坑”,在某种极端状况下栽跟头、吃苦头就是大概率事件了。

第二个例子是德国的缺电。2016年5月15日,德国太阳能和风能达到峰值,可再生能源提供了87.6%的能源需求,创下了历史记录,第一次实现了全国电力需求在瞬间几乎全部可以由可再生能源供应的局面,使人类有可能放弃以化石能源和核能为基础的能源供应体系,转向以可再生能源为基础的能源体系。

作为欧洲能源转型的模范生,德国大力发展新能源,并决定于2038年完全退出煤电。2021年1月,德国正式拉开退煤帷幕,开始拍卖煤电装机容量。在此之前,德国决定于2022年实现弃核。这次退煤是德国继弃核后又一次重大的能源转型举措。然而,由于寒潮以及风电出力低,德国第一季度的现货电价几度飙升过百欧元,月均电价涨至四年来最高。电力供应紧张也使得原本关停的煤电机组临时启动,第一季度的煤炭发电量比2020年同期增加近30%。

随着弃核退煤的进一步推进,德国将从电力净出口国转变为电力净进口国,尤其是增加对法国核电的依赖。在极端条件下,德国的电力供应还会更加紧张,因为可再生能源比例的提高会给电力系统的安全稳定带来挑战。德国联邦审计署发布了一份报告,批评联邦政府没有妥善考虑退煤的后果,完全低估了电力供应安全领域“新出现的、实实在在的危险”,能源转型的管控“存在疏漏”。报告发出警告,如果这种情况维持下去,德国将同时面临用电成本失控和电力短缺的威胁。

我们暂且不管德国该如何解决面临的问题,单就能源转型的本质来看,需要问两个问题:一是德国拍卖了煤电厂,那么谁买了?它们离开欧洲了吗?拍卖之后这些电厂不排放了吗?二是德国自己弃核,是弃了德国境内的核电厂,它还要从法国进口核电,这是真正的弃核吗?其实,这既不是弃核也不是退煤,只不过是把核电厂和煤电厂从德国境内转移到境外。

记者:那么从化石能源转向可再生能源的转型,如何才能成功呢?

殷雄:化石能源与可再生能源的“平衡”非常重要。至于如何平衡,这是一个各种能源形态数量上的合适比例问题。

只要某种可再生的能源形态所产生的能量(主要以电力的形式表现出来)能够满足人类的生产生活的需求,而且这种能源形态的供应具有相当的可持续性,那就应该以能够承受得起的经济成本利用这种能源形态。假如做不到这一点,就需要其它能源形态作为补充。这就是“平衡”。

能源转型成功与否,最终要看技术手段能否将太阳能高效地转化为人类可以直接使用的热力、电力和燃料这三种能量形态。能源转型是一个相当长的历史演进过程,不可能在一个早上就将“精英能源”弃之不用。

化石能源作为一种能量密度比较高的能源形态,是一种客观的存在,不管你用还是不用,它们就在那里,它们本身没有什么“罪过”,关键是人类使用它们的技术手段需要不断进步,就比如用煤炭发电总比直接燃烧来得更方便、更高效、更环保。它们是老能源,需要新技术对其进行“驯化”。哪怕一万年以后,人类所利用的能量仍然是各种能源形态的组合,无非是根据技术水平、资源禀赋和经济成本等指标所决定的不同比例。这既是能源资源配置的自然法则,也是人类与自然相处所应遵循的秩序伦理。

还有一个重要的问题,就是究竟什么是新能源?联合国曾经有过两次论述。第一次是1978年12月20日联合国第三十三届大会第148号决议,列出新能源和可再生能源共包括14种形态:太阳能、地热能、风能、潮汐能、海水温差能、波浪能、木柴、木炭、泥炭、生物质转化、畜力、页岩油、焦油砂及水能。第二次是1981年8月10—21日联合国新能源和可再生能源会议。

各国对这类能源的称谓有所不同,但共同的认识是,除常规的化石能源和核能之外,其他能源都可称为新能源和可再生能源,主要是太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、氢能和水能。

新,是相对于旧而言的。要说太阳能和风能,恰恰是最古老的能源形态,与地球的年龄一样长。我以为,联合国这两次定义并没有说到点子上,其实应该从另外两个维度对新能源形态加以定义:一是某种能源形态大规模工业化使用的时间先后次序,二是某种能源形态的使用技术应用的先后次序。按照这样的定义,我们就可以更好地理解为什么太阳能与风能这类最古老的能源形态是新能源的本质含义。

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