多年来,风能和太阳能的支持者向我们描绘了一个绿色的未来,新能源电力价格低廉,基础设施对土地的环境影响很小,最重要的是可以大幅减少碳排放。
不过,尽管可再生能源发展迅速,但这一目标一直没有实现。相反,许多在可再生能源转型方面走得远的地方,如今正面临电力短缺、天价电价以及碳排放持平或上升的危机。
1、可再生能源问题
美国加利福尼亚州州长加文·纽森(Gavin Newsom)已命令拥有备用柴油发电机的公司,在州内电力需求高涨时不得间断运行,以避免连续停电。
在英国,天然气价格猛涨导致工厂倒闭、电力公司破产,并有可能导致粮食短缺。
与此同时,由于大量使用煤炭发电,德国的温室气体排放量将创下30年来的最大增幅。该国依靠煤炭发电来支持依赖天气的风能和太阳能,并填补其关闭的核电站留下的电力缺口。
所有这些危机的直接原因:随着世界从新冠疫情中复苏,天然气价格已经飙升。
尽管在过去几十年中,在可再生能源上下了巨大的赌注,美国加州、英国和德国还是选择化石燃料,而不是无碳核能来支持其电力系统。
德国和美国优先考虑关闭核电站,而不是让煤和天然气工厂退役,化石燃料仍能产生如此多的电力,风能和太阳能成本的快速下降并没有转化为廉价的电力。
事实上,在可再生能源占比最大的地方,电价往往最高。
可再生能源对土地利用的影响逐渐显现出来,公众也开始抵制可再生能源发展,这些进一步阻碍了可再生能源的推广和可再生能源基础设施的建设。
人们可能会将这些发展问题,视为全球能源转型早期的小问题。
但在许多方面,早期阶段是最容易的:风能和太阳能开发商可以选择最好的位置,并能更便捷接近现有的输电线路。
2、化石能源魅力
有一个巨大的按需化石燃料发电库,可以提供最大份额的电力需求,同时在阳光不照、风不吹的情况下,也可以替代可再生能源,这就是化石能源的魅力所在。
不过,只要风能和太阳能在电网中所占份额不是很高,纳税人和电力消费者就可以获得可再生能源补贴。
但随着美国加州和德国等地可再生能源份额的增长,与扩大可再生能源相关的技术挑战变得更加困难。
一旦可变可再生能源(即太阳能和风能)的份额开始接近20%左右,每当阳光明媚、风力强劲时,发电量充足甚至过量,就会淹没电网。
在一天中的特定时间,风能和太阳能的激增不仅破坏了电网上其他电源的经济性,而且也破坏了增加额外风能和太阳能的经济性。
这种被称为价值通缩的现象,已经在侵蚀美国加州和其他地方的风能和太阳能经济,即使在电网渗透率相对较低的情况下。
今年夏天,欧洲大部分地区都出现了持续的低风和多云天气,这造成了相反的问题,风能和太阳能发电量远低于正常水平。
在这些时期,电网运营商需要大量备用发电,基本上是整个第二电网的资本密集型化石燃料发电厂,在最好的情况下,这些发电厂很少需要运行,但仍然必须建造和维护。
此外,风能和太阳能的季节变化更大,需要大量过度建设风能和太阳能发电能力,以便在一年中风能或太阳能不足的时候产生足够的电力。这反过来又需要在风能和太阳能充足的情况下闲置大量过度建设的风能和太阳能发电。
从理论上讲,可再生能源的间歇性问题是可以解决的。
3、可再生能源间歇性问题解决方案
在学术界和清洁能源倡导者看来,沙漠中盛开着超大规模的太阳能发电厂,而在近海水域,则生长着大片摩天大楼大小的风力涡轮机森林。
新的输电线路将电力从阳光充足的沙漠和多风的海岸跨越数百甚至数千英里,输送到需要电力的人口中心。
为了储存间歇性的风能和太阳能,世界上的水电站大坝被改造成前后运行,利用多余的风能和太阳能向山上抽水,在需要电力时释放。
与此同时,工业设施改变生产计划,在有电的情况下使用电,而我们的冰箱和空调会根据风能和太阳能的波动而开关。
现实看起来很不一样。考虑美国加利福尼亚的能源挑战。该州拥有美国所有州中可再生能源比例最高的州,也是电价最高的州之一。
它每年有23%的电力来自太阳能,另有7%来自风能。该公司承诺到2045年将100%的电力来源于清洁能源。
但从2012年左右开始,在过去十年的大部分时间里,加州的清洁能源电力份额一直没有落实,当南加州的圣奥诺弗雷核电站关闭时,监管机构拒绝反应堆以降低的容量运行。
六年后的2018年,加州公共事业委员会(CPUC)批准了一项由州环保组织与当地运营商太平洋天然气电力公司(Pacific Gas&Electric)达成的协议,即到2025年关闭该州最后一座核电站——暗黑峡谷核电站(Diablo Canyon)。
谈到这些失败,绿色能源倡导者通常认为是对可再生能源的攻击。事实并非如此。
4、气候目标假象
加州的政治领袖和环保团体坚持认为,Diablo Canyon将完全被可再生能源和节能措施所取代。
但即使在关闭之前,该州也一直在努力保持电力稳定。
自圣奥诺弗里(San Onofre)发电厂关闭以来,该公司放弃了旨在关闭加利福尼亚州最脏的天然气发电厂的规定,因为这些发电厂对电网的可靠性仍然至关重要。
今年,在Diablo Canyon关闭的预期中,CPUC的一份提案草案承认,需要在中期发电计划中增加额外的化石燃料产能。该草案马上引起社会强烈反响。
但该州在过去十年的大部分时间里都不允许其最脏的天然气厂关闭,这一事实清楚地表明,新的临时天然气厂很可能在未来几年继续运行。
更糟糕的是,该州计划购买的临时工厂的污染程度远远高于其最初提议的新永久工厂。
不过,这些所谓的临时天然气工厂的好处在于,它们让加州的政治领导层和环境界保持了加州仍在实现气候目标的轨道上的假象。
环保正确性的遮羞布很快就被命令启动应急柴油发电机扯开,这几乎是国家可能使用的最肮脏的电源。
所有这一切都是必要的,因为加利福尼亚州还远没有用清洁能源填补Diablo Canyon留下的空洞。
新的地热发电计划将于2026年投产,现在至少推迟到2028年。
结合太阳能发电和电池储存的新设施的开发速度,也比规划者盲目乐观的假设慢得多,这不仅是因为与目前的全球电池生产能力相比,该州未来三年的发电计划所需的电池储存量不切实际。
与此同时,太阳能发电的经济价值继续下降,公众对该州可再生能源产业不断扩大的足迹的抵制也在增加。
5、问题加剧
圣贝纳迪诺县(San Bernardino)是美国加利福尼亚州面积最大的县,也是该州太阳能和风能的主要沙漠地区,2019年,该县暂停了100多万英亩的新太阳能和风能开发。
不幸的是,美国加利福尼亚州的电力愚蠢行为并不例外。
德国数千亿欧元的可再生能源补贴为其购买了欧洲最昂贵的零售电力。
填补该国关闭的核电站留下的漏洞,支持日益增长的风能和太阳能发电的需要,迫使德国更加依赖于国内生产(且碳排放量极高)的褐煤和俄罗斯天然气,导致排放量大幅停滞,最近又不断上升。前者迫使该国推迟其气候雄心,后者使得德国经济和公民容易受到价格欺诈和勒索的影响。
比利时屈服于该国绿色党派的压力,正在推进到2025年使其核电站退役的计划。相反,它将补贴新天然气厂的建设。
与此同时,西班牙刚刚宣布控制电价,以应对不断上涨的天然气和电价,这一举动威胁到了其可再生能源和核能部门。
就连英国,近年来因其碳排放量在世界主要经济体中下降最快,而被誉为有效清洁能源政策典范,也似乎陷入了前所未有的能源危机,部分原因是其备受赞誉的脱碳成就。
该国通过用天然气取代煤炭,并将20%的电力生产转化为风能,大幅减少了排放。与此同时,英国一直在努力更新其老化的核反应堆——这些反应堆仍占全国电力供应的17%。
随着风力发电持续停滞、许多核电站停工维修以及天然气价格不断上涨,英国与欧洲和亚洲其他国家一样,正面临严重的能源短缺,如果没有一个偶然的温和冬天,这种情况在2022年可能会变得更糟。
谈到这些失败,绿色能源倡导者通常认为是对可再生能源的攻击。
事实并非如此。风能、太阳能和其他可再生能源没有理由不能在现代电网和应对气候变化的斗争中发挥重要作用。
然而,更令人怀疑的是,风能和太阳能可能是现代经济体唯一甚至主要的能源来源。
换言之,问题不在于正在经历能源危机的国家在推广可再生能源方面投入了大量精力。这是因为他们这样做在很大程度上排除了所有其他低碳能源技术,并通过同时关闭核电站而加剧了这一问题。