聚焦｜人类面临的能源挑战

新能源入网并不简单

当前，世界上的初级能源供应有五分之一来自风能、太阳能、水电和地热等可再生能源。预计从现在到2040年，这一领域将保持年均2.6%的增长率。

直到最近，可再生能源的主要来源仍是水力发电，而增长最快的是风力发电。但是随着太阳能电池板技术取得了新的进展，太阳能发电量出现了激增。

不过，将这些新能源接入现有的电网并不简单。在许多西方国家，为家庭和办公室供电的电网已经有数十年的历史，它的目标是提供稳定、可靠的电力。然而，风能和太阳能非常依赖于天气——对太阳能来说，还与一天的时段有关——这意味着在需求高峰时，它们可能无法满足电力需求。

大多数国家的解决方法是储备更多可靠的能源——化石能源。但麻省理工学院能源计划总监罗伯特·阿姆斯特朗(Robert Armstrong)表示，这会限制实际使用的可再生能源。阿姆斯特朗的模型表明，如果没有能源储存，我们使用的电力中只有大约10%可以通过太阳能满足。

超级电网有利有弊

一个解决的办法是，扩大电网的配电范围——创建所谓的“超级电网”。其基本思路是，如果可以在更广泛的地区分享能源，那么电网中某一个地区受阳光、风力强弱的影响就会减小。

这些方案设想将几个国家的电网连接在一起，以便在各国之间共享电力。近几十年，欧洲和美国都讨论了超级电网的提议。

最近甚至有人呼吁建立全球电网，这个想法得到了中国国家电网的支持，为此中国国家电网成立了全球能源互联发展与合作组织。

一些国家在这方面已经开始行动。英国正在与法国、比利时、丹麦、爱尔兰和挪威等地的电网建立新的水下电力连接，能够进出口11吉瓦的电力。在亚洲，日本、中国、蒙古国和韩国也正在朝着建立超级电网的方向发展。

利用邻国的过剩电力可能有助于降低新能源项目的建设成本。例如，在蒙古国的戈壁和中国西北部地区计划开发的大型风能和太阳能发电站。这些地区人口稀少，出口多余能源可以带来巨额收入。

俄罗斯斯科尔科沃创新中心能源系统中心主任雅努什·比亚莱克(Janusz Bialek)说：“问题是建造这样的电网成本高昂。”

远距离传输电能的效率低下，许多国家需要对输电网进行升级改造才能解决这一问题。

“还有安全方面的考虑。”比亚莱克说，“全球电网一旦出现故障或遭遇袭击可能会对许多国家的供电安全造成严重威胁。”

不过，如果能够找到一种很好的储存电力的方式，那么国家之间对超级电网和电力分配交易的需求就会减少。

新能源储存技术是突破口

目前，储存风能或太阳能生产的电力还没有简便的方法。诸如电容器和飞轮等技术可以在几分钟或几小时的时间内储存能量，但电网需要调整，只有在输入的能量与输出的能量相同时，它才能工作，所以供应必须符合需求。

抽水蓄能电站可以作为一个解决方案。在英国，过剩的电力会把水抽送到苏格兰和威尔士的水坝顶部，在那里作为潜在的能量储存。当需要时，释放水以驱动涡轮机发电。

目前正在北海铺设的电缆将很快帮助英国电网接入挪威的大量抽水蓄能电站。来自风能和太阳能的过剩电力将被出口到挪威储存起来，以便在需要时购回。

但对建设新的大坝是有争议的，因为它会破坏当地的生态环境。研究人员正在寻找其他解决方案。一些人正在建设电池库来储存能源，但是目前的电池技术还不足以有效地储存大量的能源。

“我的猜测是，解决方案将以燃料的形式出现。”阿姆斯特朗说，“我们可以把过剩的风能和太阳能制成燃料，比如分解水产生氢气。我们还可以利用过剩的能量减少二氧化碳，把它和氢气合成起来制造合成烃。”

人工智能或改变用电习惯

有些人认为可再生能源面临的问题可以用更直接的方式来解决，比如更加密切地监测单个家庭的能源消耗。欧盟计划到2020年在居民家中安装5亿个智能电表来监测能源消耗。

苏格兰爱丁堡赫里瓦特大学智能电网讲师瓦兰廷·罗布(Valentin Robu)说：“人工智能对于分析整个电网中产生的大量数据和采取实时控制决策至关重要。”

它也可能导致我们的消费方式发生根本性变化。瓦兰廷说：“一种离我们并不遥远的未来是，我要求能源公司提供最便宜的电价，而他们给我发来一些连接到我的无线网络的插头。这意味着你不再能控制你的洗碗机或洗衣机了。”

相反，这意味着我们的能源公司将控制我们的家用电器运行。当天气晴朗，太阳能充足或用电需求较少的时候，他们能够打开家电。

这种做法将意味着过去一个世纪以来“按需供电”的能源消耗方式的根本性转变。相反，我们的冰箱何时进行冷却循环或电器在何时打开可能要根据天气的变化或一天中的时间来确定。例如，洗碗机可能会在白天我们工作的时候运行，而不是在晚上。

多年来，我们根据自己喜好的时间消耗能源，并支付统一的价格。未来有可能我们将不得不开始根据能源的供应时间改变我们的用电习惯，而不是改变能源生产以满足我们的使用需求。