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新能源在将来会完全替代煤炭、石油等旧能源吗?

发布于: 2017-00-11   作者:弗雷刘   来源:转载   浏览:

先上结论: 1) 新能源完全替代传统化石能源不会 ,除非氢能利用-人工制备化石燃料(比如甲烷等)等技术(在这里要不定义为可再生燃料?)彻底成熟,相比于传统化石能源有了明显的优势。这主要是因为要完全取代旧能源, 不仅仅是发电环节的问题,还要把所有用能终端的用能全部用电以及可再生燃料来做代替(说白了,还有好多终端,比如交通运输等,得烧油气)。 2) 而其实不管是做到100%发电由新能源提供,还是终端用能全部来自可再生燃料这两个目标都不容易, 个人谨慎猜测认为后面这个还要难一些。 3) 但是个人认为可再生能源占比高到超过传统能源, 还是有可能的,但是有一个前提:就是这主要取决于各种能源技术的发展速度,如果技术都如现在一样,电池用用就没电,光伏风电老得弃,氢燃料电解储存转一圈回来效率20%多,那估计让可再生能源占比很高也够呛。 4) 本文先不讨论体制与既有利益集团影响,只谈技术先。总体来说他们的阻碍作用可能会大于促进作用?不好说。

5)欢迎各种讨论, 但是希望是基于技术而非基于情怀的,“智能机取代功能机的趋势是必然的”之类的讨论实在是没什么营养。



1、几位朋友已有结论的分析。 @赵立建的介绍其实说来说去就是一点: 传统能源要清洁化应用,可再生能源占比要提高,技术要发展,但是相应的政策什么的也得调节。实际上,目前世界上有多份能源发展前景报告,比如《BP2035世界能源展望》中,都会展望今后的各种能源占比, 但是恕我直言,似乎懂技术的人不会给出短期内可再生能源全面取代的展望,当然了了,像下面这种情景理论上还是有可能的。

注意,理论上。

《BP2035世界能源展望》

@恣远的介绍中有这么一句“到2050年,我们几乎可以完全依靠可再生能源,而仅使用极少的化石燃料和核能,便可满足电力、运输、工业及家庭的能源需求。”。 其实这一立场和我的立场区别不大,即有一些特种要求高的领域,仍然不可能完全摆脱传统化石燃料。我在前面的回答 https://www.zhihu.com/question/30670661/answer/155106453 中也分析了,哪怕只是汽车领域,想要100%纯电动化也是近几十年内难以达成的目标,更不用说什么航空领域了。 @我叫大富的介绍其本认可。 当然我觉得我们可以以更为积极的态度来看可再生能源的发展,或者说,希望其向我们期望的好的方向发展,技术进步可以快一些。如果风电,光伏,水电技术不断提升,储能技术明显有进步,氢相关技术有前景,再加上什么聚变之类的,可再生能源给人类社会贡献一半以上的能源也是存在可能性的,注意,我说的是技术明显进步后存在这种可能性。 @子曰说的挺好。可再生能源占比在近期的规划内,在中国占比超50%是比较难的,技术肯定需要进步。所以说要100%取代更是没谱。 2、新能源要100%取代传统能源,需要在两个环节努力, 一是发电100%来自可再生能源,二是终端用能100%来自可再生能源(在此我们放宽定义,把可再生能源制的燃料也算进来)而这两个因素想要达成,需要技术想当的进步,至少我认为太困难,后面这个尤其不实际。原因如下: 先看发电: A、 可再生能源出力具有间隙性,非常不稳定,大量接入电网时会造成很大的冲击。当然这些可以靠储能技术的进步、电网灵活性的提升来解决,我们姑且认为这个可以解决。



光伏出力的不稳定性

B、 可再生能源目前成本高昂,发电贵(参考可再生能源发电占比高的德国的电价,见笔者前文《德国能源转型(Energiewende)简介 https://zhuanlan.zhihu.com/p/25012000 ),当然我们也可以认为随着技术的进步,这个的成本会不断下降,最终超过燃煤电厂的经济性,但是有多快我也不知道…… C、 可再生能源出力常常具有反调峰特性,简单说就是电力系统是要求即发即用的,每一个实时都要求发用平衡,而这些小宝贝发电与我们用电的习惯正好反着,比如风电,常常是晚上发的多白天出的少,当然这个理论上也可以靠储能+电网灵活性的提升来解决。



具有反调峰特性的风电

D、 主要问题来了——储能技术进步能到什么程度?目前储能技术发展程度还很低,世界99%以上的储能还是靠抽水电站完成的,电池储能占比少得可怜,那如果储能技术明显进步了呢? —— 电网仍然需要一定数量的燃烧化石能源的机组来为系统提供基础负荷的支持,毕竟电厂不是你想停,想停就能停,它首先需要保持运转状态,有一个MUST RUN Genertion , 而且还时刻需要变化功率来照顾系统需求侧负荷的功率变化,尤甚是灵活性机组出力变化幅度更快,这样才能应对各种系统 中的波动变化。而在灵活性机组中,天然气燃气轮机技术性能优异,近年来受到了越来越多的重视,所以近年来在可再生能源消纳要求增加,天然气供应量变大(页岩气)的背景下, 全球的天然气消纳是在不断增加的。咦,天然气好像最多算清洁能源,可不是可再生能源。



E、 那要不我们发展制氢-燃料电池技术吧!余电制了氢,再催化与CO2反应造出甲烷来,这样就可以支持各种调峰电站的用气需求了。同时氢燃料电池可以提供稳定的基础负荷供应,似乎这样我们就不烧煤了,EXCITED! F、以上分析还没考虑一点, 就是可再生能源的分布与我们的用能地常常是不重合的,电网输送通道有限, 这也是导致我国西部能源无法有效外送到东部消纳的重要原因。 G、所以除非以上条件都满足,发电100%由可再生能源提供才会变成可能。你可以看看以上需要多少技术的支持(微笑) H、远的不说,看看近的,能源改革先行者德国现在可再生能源发电占比20%+,然后他们的居民电价现在大约是0.29欧(手动斜眼),如果这情况发生在中国……嗯,老百姓非去静坐……



再看看终端用能吧 A、 实际上,终端用能的电气化占比提高是一个普遍性的趋势,不管是交通、建筑、工业、商业领域都是如此。在全球也是趋势。


B、 但是你非要100%取代就比较麻烦了。光汽车一个领域里,笔者就已经介绍了其困难性《长期来看,电动汽车是否一定会彻底取代燃油汽车?》 https://www.zhihu.com/question/30670661/answer/155106453, 总得来说就是100%取代不可能,高比例也很困难,主要得看电池技术的进步,以及电池真的很难做不骗你们。更何况还有要求更苛刻的航空领域,人家装上油是要上天飞半个地球的,可靠性要求是比汽车还要高的,真换了电池……噢听说现在锂电池不能带太多上飞机。 C、 所以除非,把利用可再生能源制备燃料的技术也都全面提升(氢,甲烷,乙醇等等),提升到很有成本竞争力,可以量产。但是个人认为这个难度难于上青天。嗯 ,我不是从事燃料生产的,但是从对材料-氢能领域的了解来看,这个应该不好办。 3、总结一下: A、如果所有技术的突破都如笔者YY的一样,可再生能源100%取代传统化石能源有可能。不过这个发生的概率……我觉得当做美好的愿景,指引我们前进是可以的,彻底相信似乎是不太靠谱的。 B、另外别拿一个小地区的100%可再生能源供应来说事,这个局部自给自足不难做到。

C、请对于新能源发展抱乐观态度、不乐观的朋友都注意, 此文里我全部用的是技术进步完全顺利的假设,乐观MAX D、最后仍然是那幅图——



来源:知乎 www.zhihu.com
作者: 弗雷刘

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