破局与重塑

可再生能源和天然气:复盘今夏的能源危机

李瀚明:如何通过水力和天然气等其它能源与光伏和风电等不稳定的电力供给来源“配对”形成稳定的电源供应,是今后我们要思考的重要议题。

随着全国乃至北半球各地气温的普遍下降,持续了一整个夏季的能源混乱局面也稍微缓解了一些。我们在上一篇文章中提到,需要在白天尖峰时刻充电的商用新能源车使得电网负担进一步加重;而这一篇文章中,我们将从供给侧入手分析过去二十年世界各地的“可再生能源转型”如何影响我们的电网和能源结构。

我们先从一个简单的科普话题开始聊起。现在市面上的热水器是五花八门:烧天然气的、用电的、太阳能的,都有。如果比较起热水器的体积,可以发现同等供水能力的热水器,燃气的体积最小、电力的次之、太阳能的最大。这是因为太阳能热水器往往背着一个一般可以储存约两百升水的大罐子。

为什么太阳能热水器需要储水呢?这是因为太阳能热水器是一种典型的能源供需错位的场景:太阳能只有白天有,但家庭往往在晚上才需要热水。为了解决这个错位问题,太阳能热水器设计了水罐这个储能机制,将白天加热好的热水储存起来,供晚上使用。

同时,一家人晚上对热水的需求往往是稳定的,但是白天太阳能可以加热的热水量却在随着每天天气的变化不断波动——因此,太阳能热水器往往还需要接入电力,在太阳能不足的时候使用电能作为辅助热源。这种“太阳能+电力=热水器=热水”的能源关系下,太阳能热水器每天使用的电能的量随着天气变化而波动——晴天少用些,阴天多用些。

在国家层次的例子中,刚刚的能源关系变成了“光伏和风电+其它发电厂=电网=电力”。一个国家对电力的需求和家庭对热水的需求相似,都是相对稳定的;而无论是用来烧水还是发电,来自光伏和风电的电力供应都是波动的。因此,电网对其它来源的电力需求,自然也在不断波动。

不过,对国家而言处理这种波动问题远比家庭复杂。一方面,电能没有像保温桶储存热水那样方便、经济的储存方式(在上一期我们提到,电池的昂贵是制约电动汽车续航的主要原因)。换言之,要想最实惠、最高效地利用电力,就必须即发即用。

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