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瓦科拉夫·斯米尔:能源转型 数据、历史与未来

作者: 球探足球比分|来源: http://www.qsmenchuang.com|栏目:球探足球比分    

 

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  瓦茨拉夫-斯米尔(Vaclav Smil)曾被《国外政策》杂志推选为全球最著名的50位思想家之一,也是比尔·盖茨最尊敬的作者,曾多次为其新书写序,《能源转型:数据、历史、未来》也是比尔·盖茨力荐的必读书籍之一。

  一个没有化石燃料燃烧的世界可能是一个理想世界,乐观点讲,人类集体的决心、奉献与坚持会加快我们进入这一理想世界的速度。但实现这一目标不仅需要付出高昂的经济成本与组织成本,还需要坚定的奉献精神和极大的耐心。

  《能源转型:数据、历史与未来》基于海量的数据、丰富的历史资料,深入解读和分析了全球和中、美、德、日等九大经济体的能源转型过程,给出了能源转型的共性模式和不同时间和区域下的特性模式,为政府、企业、科研机构和社会大众探索现阶段能源转型,设定政策方向、投资方向、科研方向和工作方向提供了很好的参考,让读者能够相当系统地从历史及技术准确的角度来正确理解能源转型。本文简单回顾全书的主要内容。

  在第1 章里,我尝试向所有读者(尤其是近期才对能源产生兴趣的读者)解释现代能源系统的基本属性及其复杂性,包括主要资源、能源的转换形式、能源的使用、基础设施以及能源系统所产生的影响。

  这些内容十分重要,因为人们普遍认为能源转型不过是简单的燃料替代(比如用石油替代煤炭,用生物燃料代替石油),或者发电方式的转变(风力发电替代燃煤发电),然而事实与人们所持有的这些普遍观点并不相同,上面提到的这些替代过程仅仅是整个动态变化的一部分,如果将能源系统作为一个整体来看的话,其中有些部分正在经历快速的转变,而其他部分却依然保持着惊人的惯性。

  因此,一些很早就确立的而且在逐渐发展的能源转型(比如降低能源强度、全球能源供给的逐步脱碳以及提高电力在最终能源消费中的占比)仍将持续下去,而无论特定能源来源和转换方式的成功与失败。此外,虽然工业产品的持续相对的去物质化被轻视,但并非不重要,因为它降低了基础设施和消费品的能耗。人们对全球变暖的担忧将会加快目前的脱碳发展速度,并且事实上我们也应该加快这个速度,即使在还没有任何具体目标的情况下。这主要有三个原因:首先是天然气的供应量增加;其次是发电(联合循环涡轮机),乘用车(发动机的改良,混合动力汽车和电动汽车的普及)和家庭能源消费(LED 灯,更优质的电器)的效率提升;最后是新型风力发电与光伏发电的应用。

  在第2 章中,我们从历史的角度纵览了宏伟的能源转型:从生物燃料到化石燃料、从动物的肌肉力到机械原动机的转型,以及所有能源中最灵活的形式——电力的崛起。

  在这一章通过对这些能源资源和原动机的长期转型过程的量化,得出了明确的全球性结果:所有向新型一次能源的转型都是一个长期渐进的过程,新能源从开始生产到在能源领域占有一席之地需要花上几十年的时间,如果要在各自市场上占到四分之一或三分之一的份额还需要再用掉二十或三十年的时间。

  对于任何未知的一次能源转型而言,量化得出的结论也同样明确:简单的确定性模型无法准确预测未来。要完成能源的转型,我们需要时间来筹集资金;需要技术进步来实现大规模的资源开采和转换;同时还需要建设大量的基础设施来将这些能源推向全球市场。这些条件约束了个别燃料或个别发电模式的崛起,同时也限制了它们成熟和应用推广的速度。但在国家层面上,无论能源转型的趋势如何明显,在不可预知的经济、社会和政治变革的影响下,转型都有可能出现例外或者偏离预期。两种主要非碳资源的发展历程就充分体现了这种不可预测性。20 世纪70 年代全球水电大坝建设经历了巅峰的十年,可谁能想到二十年后人们居然会问“还有好大坝这样的东西存在?”(Devine,1995),同时谁又能想到世界银行后来竟然不愿意贷款给新的水利工程项目(Goodlandnu,2010)。同样,在1965年核电即将大规模扩张之际,人们普遍认为核电将在20 世纪末替代大部分其他发电方式,当时也没有任何人能够预测到,仅仅二十年后人们对核电的态度普遍发生了变化,往好了说,人们认为发展核裂变发电是一次令人质疑的选择,往坏了说,就是一场令人遗憾的错误。

  原动机的发展史也再一次告诉我们,从实现技术的突破到占有显著的市场份额,任何的进步都要花费几十年的时间。此外,那些我们沿用了上百年的汽油和柴油内燃机、电动机、蒸汽轮机,或者使用了70 多年的燃气轮机都不会很快地退出历史舞台。究其原因,要么是因为没有同样有效且可靠的替代品(比如大规模使用的、负担基本负荷发电的蒸汽涡轮发电机组,或飞机上的燃气轮机),要么是因为替代品无法迅速完成更替过程。电动汽车是描述后者最好的一个案例:当然,它们依靠的原动机早在19 世纪80 年代末就面世了,但是在未来的几十年中它们依然需要依赖蒸汽涡轮发电机组或燃气轮机(世界上大部分电力的来源)来发电。

  第3 章讲述了八个国家的漫长能源转型历史,选择这些国家是基于其历史重要性、总体代表性,或者正好相反,它们在转型的过程中表现出很明显的特殊性。

  认为在国家层面任何事都可能发生的确言过其实,但历史记录给我们展现了能源发展变化范围极其广泛,从数世纪长的英国煤炭的支配地位,到荷兰煤炭开采几乎瞬间的消亡;从非常独特且变化迅速的日本能源消费的演化进程,到按部就班的美国方式,其在1960 年以后一次能源结构令人吃惊地一成不变,但在20 世纪上半叶各种燃料有序地发展。

  通过审视这些国家案例,我们可以获得一些很好的经验教训。国土面积小、资源丰富或者富裕国家的成功经验,无法被幅员辽阔、资源贫瘠的低收入国家复制(比如荷兰或科威特的经验对印度和埃塞俄比亚就不适用)。国家投入全力进行大规模的技术革新,能够产生举足轻重的作用(法国的核能发展就是最好的证明)。煤炭(主要用于发电)在美国仍占重要地位,但现在已经开始让位于天然气;2000 年后,煤炭在中国出现巨大的增长,但现在也开始显露出可能走向衰落的迹象。精炼的液体燃料为现代交通工具提供了动力来源(但电气火车是唯一明显的例外),并且无法轻易和快速地被其他燃料所取代。与此同时,对于即将到来的非化石能源系统转型,上面所提到的能源资源的相关经验教训对我们来说或许很少、甚至没有任何的参考价值。

  在接下来的两节,我介绍了近期发电方式向风力发电和光伏发电的转型,以及能源消费向现代生物燃料的转型。在这一章的末尾,我们回顾了一下部分国家比较引人注目的转型目标,并解析了一些向可再生能源转型的比较极端的情景。同时,我也仔细审视了德国的国家能源转型计划,该计划是大型现代经济体中旨在加速完成整体能源系统转型的最雄心勃勃的计划。

  在第5 章里,我强调了能源远期预测的无效性,对比了转型过程的限制条件,探求了将全球对流层平均温度上升限制在2℃以内的方法,强调了化石燃料在一些主要工业原料生产和服务中的重要性。

  随后我再次说明了创新、惯性和各种意外情况将继续影响正在进行的能源转型,在这一章的末尾部分,我对未来可再生能源转型可能产生的进步和将要面临的限制提出了一些现实的评论。

  能源转型从其内在属性上就已经决定了它必然是,并且未来仍将是,一个长期的过程,尤其是对人均能耗水平较高的大国而言,它们拥有规模巨大且成本昂贵的基础设施,即使采取一些强有力的干预措施,也不可能加快其转型的进程。五到十年后,一次能源供给的整体构成与能源转换的主要模式仍将与如今的情形极为相似,但在三四十年后,我们能够向后化石能源时代走多远,不仅取决于我们在创新方面所作出的努力,取决于我们是否愿意适当调低对能源的期望值,还取决于我们是否能以更合理的方式来使用能源,将降低能源需求与追求可再生能源供给的文明社会结合起来,虽然这一追求过程甚为艰难,但最终必将获得丰厚的回报。

  本文摘编自《能源转型:数据、历史与未来》[(加)瓦科拉夫·斯米尔(Vaclav Smil)著;高峰,江艾欣,李宏达译.北京:科学出版社,2018.6]一书“06 简要回顾”,有删减。

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