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面對太陽能“沖擊” 核能要作出“安排”

2015-06-30 16:09:00 5e   作者: 杜銘海  
  聯合國氣候峰會將于年底在巴黎舉行,世界各國和各種組織都在研究、準備自己的立場和對策。G7——世界七大工業國,儼然“世界政治局”,在德國一小鎮 開會。會后發表宣言說,它贊同“大幅減少全球溫室氣體排放”,“至2050年,全球每年必須在2010年的基礎上減少40%-70%的溫室氣體排放”,并 且“在本世紀結束時達成全球經濟去碳化”。

鑒于世界對氣候變化嚴重威脅認識逐漸加深,有可能就上述“愿景”達成某種“共識”,致使電力系統發生重大 變化。《國際核工程》雜志專欄作家史蒂夫•基德(Steve Kidd)是資深核專家和經濟師,“鐵桿”挺核人士。站在全球高度看到這種“變化”的深遠影響,其觀點值得重視;但把核能的希望寄托于中國(和印度),還 值得“商榷”[1]。


漫畫:“告訴你,這個國家不適宜建核電廠!”

史蒂夫•基德先生說,“隨著可再生能源的出現和小型、靈活燃氣輪機發電機組的崛起,電網變得更復雜。電力公司需在傳統電廠作用還不明朗的市場上適當保持競爭力。”大約15年前,他曾看過一本書,即倫敦皇家國際事務研究所(查塔姆宮)資深研究員沃爾特•帕特森(Walt Patterson)的《電力變換:未來發電的變化》[2]。此人雖是加拿大培訓的核物理學家,后轉而反對核工業,在英國成了最堅定的“對手”之一。

這本書不專談核電,主旨是傳統供電模式,大多集中于發電裝置,通過龐大的電網系統給遠方的客戶供電。這種模式要被分布式發電取代,靠后者給當地供電——事實上,就是每家每戶最終可能有自己的發電裝置,并與地方電網連接,提供多余或獲得缺少的電力。這樣接入的供電模式必然使核電遭受相當大的困難,因為分布式系統不需要大型發電機組,而且實際上整個(核電本來基于的)基荷供電概念完全消失了。

他完全不贊同這本書的觀點,意見集中在這樣的分布式系統既昂貴又存在供電可靠性問題。幾乎沒有證據可以證實客戶需要把小型發電裝置隱蔽在廚房內遠離水槽的位置,而不靠國家電網供電。

在發達國家,風電從不會引起更多的關注。而這證明一個人預測未來,必須永遠謹慎小心。這種“意識”還停留在上個世紀50年代,人們回顧陸地和海上風力渦輪機(那時早就被逐出主流電源),曾把它作為世界能源歷史上一個相當可笑的“插曲”,但伴隨而來的某些供電方面的改變會保留下來。在發達國家,電力系統不可能演變為完全分布式的,但目前的確發生了某些根本性的變化。

電力需求

舊的、對電力“供不應求”的擔心多半消失了,突然有了相對的“富足”。雖然不時擔心老發電機組、多半是燃煤發電機組關閉,照明消失,必須選擇替代能源,但“根本立場”是更加穩妥。

在需求方面,發達國家的電力已變得與經濟增長“脫鉤”了,而且證明以前需求穩定增長的“預測”并不正確。由于工業結構從重工業轉向服務,改變的結果達到某種程度,僅僅意味著電力需求從西歐和北美轉向快速發展的國家如中國和印度。因此,這些國家需要添加大型發電機組以滿足需求,今后核電仍然有極好的前景。基荷電力快速增長的需求,在觀念上能靠大型、環境無害的發電機組來滿足。

但是,發達國家的需求“變動”比工業結構的變化更進一步。節能變得非常重要,更新的日用商品比過去的更高效。今天人們家里有更多設備是電動的,但大多用電量不大。對于許多人,確保智能手機保持充電變成了主要的擔憂,而消耗電網上的電量相當少;手機制造商正在努力降低消耗,使電池持續的時間更長。例如在德國,現在的家庭耗電量低于上個世紀90年代,而且就全球而言,以前假設需求會有年平均2-3%的增加,也成了“問題”。

現已認識到,最便宜和最清潔能源的選擇是不要浪費。能源效率類似添加燃料,而投資能賺取大量、甚至快捷的回報。建筑物設計是一個加熱和冷卻可節省許多能源的領域,現在的利用率是個重要因素。老式建筑物設計很少想到節能,這是進步的障礙,但是可以逐步加以改進,或者用新建筑來替代。

電價上漲也與急切追求更高的效能有關。需要在新發電能力上大量投資,意味著客戶的電價升高超過一般通貨膨脹之前(許多發達國家現在的通貨膨脹率很低,甚至是負值)。為得到既定的可再生能源需要付出巨額的補貼,而在英國,建設新型核電站的計劃要包括高而有保證的電價。

對于處在收入分配底端的人們,存在的風險是電價更高會導致“能源貧困”,但想把電力作為寶貴商品,更高的電價提供了清晰的刺激。有想把電力作為像水那樣“免費商品”的傾向,風險是大量被浪費了。目前更多人公認的是,客戶要獲得充足的供應,就要包含“真實的成本”。

另一個越來越重要的領域是儲存。要實現間歇性可再生能源的全部潛能和重大收益,急切需要電池技術。絕大多數分析師相信在可再生能源中,太陽能發電提供最大潛能;隨著太陽能板的成本下降,與蓄電池相互連接正變得經濟可行。便宜的住宅發電也可儲存熱能,而電動汽車就是一種儲存能力。

任何電源系統中最昂貴的是峰值時間耗電,那時最昂貴的發電機組必須投入運行。因此,可刺激客戶削減他們的電力需求量,而不啟動這種機組。互聯網使之有可能更有效地產生、儲存和管理數據,現在可用于電力系統。傳感器現在能夠搜集大量能源利用的數據,而計算機的能力和算法能對客戶提供激勵,控制峰值時間的耗電量,需求低時增加消耗量。利用智能電表提供經濟指標有可能“展平”負荷曲線,但目前還不知道怎樣才能快速推出這種計劃。供替代的選擇是編程的個人智能裝置,以便使效率最大化。關鍵是同時使許多客戶實現許多少量的個人節電,真正“集腋成裘”。

供電形勢

就供方而言,一個簡單的事實是,發電并不難,而且隨著可再生能源技術的出現,有大量“現成“的選項。一直認為,有更好的需求管理,就進入“能源充裕的世界”非常規天然氣對北美的電力業務有極大的沖擊,而在歐洲,可再生能源處于支配地位。現在電力傳輸成本也在急降,歸因于“固態技術”使高效的直流技術(DC)安全而且更靈活。以前孤立的電網現在可以連接起來。實際上,現在投資電網和建設新發電能力同樣重要而且對可再生能源電源進入市場、在歐洲連接國家電力市場“至關重要”。

這些變化的結果是,電力工業的舊模式在“毀滅”,而且在某些國家又那么快。把高壓電力送給遠方被動的客戶,滿足波峰和波谷需求,是個穩定、有利可圖而且“循環持續”的交易。但隨著可再生能源電力和小型、靈活的燃氣輪機發電機組的推出,我們已進入新的世界。此時需求可調地匹配供應,而不是相反。因而電網變得更復雜。這非常類似計算機的計算過程,從主機和終端平行切換到“云”存儲和網絡。傳統電廠和電網仍然會起作用,但越來越可能成為一種“備份”。

對于已建立的供電企業,業務模式必須改變。對它的威脅類似上個世紀90年代電話公司面對臨移動電話,或者今天的報紙面對社交媒體的到來。在德國,傳統的供電企業只好通過勾銷在核電上有利可圖的投資、也通過可再生能源方面競爭對手的巨大投資,實際上被毀滅。在其他國家,諸如英國,傳統模式或許幸存相當長時間,但公司從管制電價掙得的利潤相當少。電力市場上的這些變化本質上是不可阻擋的,而且最終還要以這樣或那樣的方式,延伸到所有發達國家的電力市場。

附圖1:硅光伏模塊價格隨裝機上升快速下降潛力很大;陸上風能便宜而豐富,價格下降緩慢并需研究維護降價的勢頭。

核能該怎么辦?

在發達國家,核電有嚴重問題,有來自替代發電形式的巨大競爭。雖然可以認為,其中某些是過度資助造成的,比起有“必要”造成了更高的電價,看來好像這個趨勢不可逆轉。投資巨大發電資產會非常困難,特別是因為量大、財政上可靠的供電企業可能逐漸消失。另一方面,盡管歐洲在奮力爭取整合電力生產,仍然還是個國家層面上的“多樣性”選擇;英國、捷克、芬蘭和波蘭因特殊情況,可能會進一步投資大型核電機組。

在非洲和其他更貧窮的國家,核的前景看來更糟。這些國家“倒不如”先普及“手機”技術,很可能會“跳”過一個發展階段。就像固定電話的集中供電問題可以跳過去一樣,因為可以(借助太陽能發電)直接轉為分布式供電模式。如果世界上16億人現在沒有常規電力供應,幾乎肯定不會通過核電來實現。核工業可以夢想,國際原子能機構(IAEA)可以派遣代表團評價核電對這些國家的適宜性,但相信面對電力行業更顯著的趨勢,有“小題大作”之嫌。

因此,只在相對少數強大的發展中國家,核能才有許多“機會”。城區有大量集中的電力需求,中國和印度顯然是核未來的關鍵推動者。核能的獨特“賣點”是它能同時在一個地點(而且以非常有限的燃料輸入)提供大量相對便宜的電力。這不是說提供“清潔電力”。在這方面有許多方法,世界能借助更好的能源選擇改善環境,而核能只可以對此做出“有限”的貢獻。電力市場有廣闊的趨勢,在狀態不好的市場上促銷核電是不經濟的,而且資源需要集中,核電才能發揮作用。

附圖2:太陽提供地球表面的能源是人類能源總需求的5000倍,亞洲、非洲發展中國家太陽能資源特別豐富,未來世界能源需求增長大部分在亞非。

“讀后感”言

我是個“不可救藥”的核能“原教旨主義者”,從不懷疑核能未來在世界能源藍圖中將扮演重要角色。但讀了基德先生的文章,仍然感到“震驚”。稍微擴大觀察范圍,就可證明基德先生所言有一定道理。

在美國,“核電廠贏利能力受到低價天然氣的威脅……基沃尼(Kewaunee)和佛蒙特•揚基(Vermont Yankee)核電廠已經永久退役”(盡管許可證延伸已獲準)。“如果天然氣工業成功地使其‘價格戰’支撐一、兩年,多達20臺以上的核電機組可能會過早停閉。而且這些機組一旦退役,就不會重返市場”[3]。

非洲約10億人口用不上電。“管理不善、腐敗、領導能力差和能源設施缺乏維修,使非洲沒有足夠的清潔能源”。法國敦促G-7在非洲投資可再生能源,以抵消這個大陸經濟增長對全球碳排放的可能影響[4]。

原英國政府首席科學顧問,杰出的科學家、經濟學家和實業家大衛•金(David King)爵士等提出了《全球阿波羅規劃》(A GLOBAL APOLLO PROGRAMME TO COMBAT CLIMATE CHANGE)。他們認為,“為應對全球氣候變化,只要使清潔能源生產變得比煤炭、天然氣和石油更便宜就夠了”。這個挑戰是技術性的,需要使之成為科學家和工程師們的重要關注點,就像“冷戰時期美國把人送上月球的阿波羅規劃”。應對氣候變化的《全球阿波羅規劃》需要國際的共同努力,目標是“2020年在世界陽光充足部分、2025年在全世界,新建可再生能源為基荷的電源變得比新建煤電更便宜”。大衛•金爵士曾以氣候外交大使的身份訪問過60個國家,許多國家對這個計劃感興趣,包括中國和印度。氣候科學家和德國總理默克爾的原顧問約翰•舍恩胡貝爾(John Schellnhuber)教授,稱此阿波羅計劃“真誠而巧妙”,很可能成為阻擋氣候變化的“轉折點”[5]。

在核電方面,基德先生看重中國(和印度),使我有些“警惕”:是否“有所顧忌”而“言不由衷”?因為“電力市場上的這種變化”實質上指太陽能沖擊,“本質上是不可阻擋的”,中國和印度成為例外的可能性值得懷疑……

“后福島時代”,現實中國核電因執意追求“最先進技術”和“最高安全標準”,顯得有點“無所適從”,進展緩慢甚至有可能停滯。中國經濟結構調整取得成效,用電量“下降”或成“新常態”。前幾年電網棄水、棄風、拒絕太陽能,現在開始要求核電“調峰”并非不可理解。因為國營“公用事業企業”不能有人“發財”,有人“挨餓”。現在“純核電”能力需要“想轍”,給運行機組尋求持續安定、平靜的運營環境。在這點上,國核既“安全高效”保持政治上的“正確”,現又完成了與中電投兩個“優績股”合并經濟上的“英明”,著實令人羨慕。

純屬個人觀點,與任何組織或個人無關,歡迎批評指正(dumhai@126.com)。

依據資料與注釋:
1. Steve Kidd, Changes in power systems – are they bad for nuclear? NEI, 2 June 2015
2. 指《Transforming ElectricityThe Coming Generation of Change》,(1999年01月出版)
3. Rod Adams, Stanford’s University’s New Natural Gas Initiative, Atomic Insights, May 30, 2015
4. Stacy Meichtry and Matina Stevis,France Urges G-7 to Invest in Renewable Energy in Africa,WSJ,June 6, 2015
5. Damian Carrington, Global Apollo programme seeks to make clean energy cheaper than coal, the guardian, 2 June 2015




責任編輯: 李穎