给未来能源开一剂“良药” 转型互联是关键

科普小知识2021-10-05 02:00:43

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世界需要改变其能源系统，以确保可持续增长。来源:建筑摄影

这是我们的记者冯唐

2 . 5亿人仍在使用木柴和木炭做饭和取暖。6500万人没有电...最近，东北亚和东南亚发布了两份“能源互联网规划研究报告”，数据令人震惊。

尽管能源技术不断发展，各国越来越重视清洁发展和电网互联，但仍有不少国家和地区面临能源供应形势严峻、化石能源比重高、跨境输送能力不足的问题。

此外，“就能源使用而言，我们现在浪费了大约一半的一次能源，”国家可再生能源实验室的本杰明·克鲁泡斯基(Benjamin Kroposki)在几天前举行的第二届国际能源互联网和能源系统集成会议(IEEE EI2)上说。“未来，我们应该寻求变革，提高能源使用和生产的灵活性和安全性，并努力最大限度地利用现有能源基础设施。”

许多专家认为，能源转换和互联是解决能源问题的“良药”。

长期以来，德国一直致力于能源转型，并通过转向有利于能源和可再生能源多样化的方向赢得了广泛的赞誉和好处。

最近，芬兰东部大学的环境政策科学家图乌拉·特拉瓦伊宁(Tuula Teravainen)在《自然-能源》(Nature-Energy)杂志上写道，能源转型代表了一种更广泛的国际趋势，即向新能源政策和规划方法迈进。德国的经验可能对其他国家也有影响。

聚焦能源转换

德国提出了当前极具挑战性的能源转换目标:到2025年，可再生能源发电将占总发电量的40%至45%，到2050年将占80%。毫无疑问，能源转换在德国从上到下赢得了广泛的支持。

为了实现能源转换的目标，德国联邦*在2016年修订并通过了三项能源法案:《可再生能源法》、《能源转换数字化法》和《电力市场法》。

根据德国复兴信贷银行对4000户家庭的调查，德国公众对能源转换的热情很高。超过90%的受访家庭支持能源转换，23%的家庭已经在积极使用新技术进行能源转换，8%的家庭使用太阳能发电。

然而，其他国家对德国的能源转型有不同的态度和观点。

匈牙利罗兰大学的米克罗斯·安塔尔和芬兰赫尔辛基大学的卡米拉·卡尔亨马分析了来自芬兰、英国和匈牙利这三个能源政策路径不同的欧洲国家的关于德国能源转型的报告。

Antal和Karhunmaa收集了这三个国家2011年至2015年的每日新闻来源，对比分析了他们对德国能源转型的看法。结果表明，关于能源转换的陈述因国家政策的优先次序而异，因此呈现出不同的画面。10月22日，相关论文发表在《自然-能源》杂志上。

此外，这些报告主要从技术和经济角度出发，强调供应方措施和能源技术，如核能、太阳能和风能。相比之下，生物质能等其他可再生能源以及更广泛的环境和气候问题往往很少受到关注。

安塔尔表示，在对三国的不同解读中，国家能源政策话语的历史和文化嵌入性显而易见。尽管欧盟在指导其成员国的气候和能源政策方面发挥了重要作用，但在政治结构、文化、环境价值观、经济形势和能源生产方面仍存在巨大差异，这也影响了该国对能源转型的理解。

所有各方的协调

Teravainen指出，各国围绕能源转型的意见分歧也凸显了更广泛的问题:如何协调理想的能源未来，以及在社会和技术转型过程中可能发生冲突的政策和经济目标。

例如，在德国的能源转型中，尽管可再生能源的份额在过去10年中大幅增加，但在减少二氧化碳排放方面进展甚微。因此，到2020年，该国从1990年起每年减少40%温室气体排放的目标可能仍无法实现。

“一个重要因素是，德国继续依赖化石燃料，尤其是煤，煤在德国的能源结构中仍然发挥着重要作用。这导致了国家能源政策辩论中的政治紧张。”特拉瓦宁说。

除了制造政治紧张，能源转型的经济影响也是深远的。新旧能源产业和能源交易模式需要进行变革。

其中，能源区块链正在颠覆全球能源领域。美国电气和电子工程师学会电力和能源协会主席赛弗尔·拉赫曼在美国电气和电子工程师学会EI2分会上提到，利用区块链和物联网可以建立一个更广泛和多样化的能源交易平台。

拉赫曼向《中国科学报》记者描述了这样一个应用场景:许多家庭使用太阳能发电，在区块链交易平台的帮助下，家庭能源生产商可以向邻居出售剩余能源，从而减少能源浪费，提高利用率。

无论如何，在上一次20国集团能源部长会议上，各方一致认为，能源对未来发展至关重要，应对气候变化和确保能源安全的目标是不可动摇的，改革能源系统有不同的方式。转型过程应该是可持续的、灵活的，并考虑到能源安全。

另一方面，除了能源转换之外，建设全球能源互联网以清洁能源取代化石能源也将有助于解决能源短缺和减缓气候变化的问题。

“超大”和“超小”促进能源互联

2015年，中国*主席在出席联合国发展峰会时表示，中国提议探索建设全球能源互联网，以促进清洁和绿色的方式满足全球电力需求。

全球能源互联网是一个现代能源系统，它以清洁能源为主导，以电力为中心，相互连接，共享。其实质是“智能电网+UHV电网+清洁能源”。

至于全球能源互联网的建设，全球能源互联网发展合作组织主席刘振亚曾表示，UHV电网是关键。

“UHV电网可以实现几千公里、几千万千瓦的输电，实现跨国和跨洲电网互联。它具有容量大、效率高、损耗低、占地少、安全性好的明显优点。世界上所有主要的清洁能源基地和用电地区都可以纳入UHV电网的覆盖范围。”因此，刘震亚说，这件事起着关键作用。

除了“非常大”和“非常小”之外，不应该忽略。

“微电网可以实现分布式电源的灵活高效应用，促进传统电网向智能电网的过渡。”美国工程院院士、电气和电子工程师学会(IEEE)成员*·沙希德普尔(Mohammad Shahidehpour)告诉《中国科学》，“智能微电网是一个独立的自控系统，可以独立于外部电网运行。它可以提高供电可靠性，有助于更好地管理电网。”

例如，在欧洲，微电网已经成为未来电网的重要组成部分，为分布式电源和可再生能源的大规模接入做准备。

“然而，人们对这些微小的电网还没有给予足够的重视，这意味着为了利用它们更好地管理电网系统，需要找到新的保护系统、操作方法和传感器。”沙希德普尔说。

简而言之，正如克鲁泡斯基所说，智能发电伴随着需求。只有发展能源系统集成，从集成的角度看待能源的使用和生产，充分实现各种能源的互联、开放、共享和协调，才能形成最美好的能源未来。