低碳能源转型之路还有多远？

文 | 保罗·爱德华兹

编译 | 赵福艳

低碳能源转型之路还有多远？

文 | 保罗·爱德华兹

编译 | 赵福艳

不久前闭幕的联合国气候大会，世界各国元首齐聚巴黎，商讨如何应对气候变化、提升绿色经济水平，达成气候协议最终草案。其实，任何应对气候变化的长期解决方案，都是一个让世界能源经济实现“脱碳化”的过程，也就是要减少、甚至摆脱对化石能源的依赖。

然而转型的道路有多远？如何才能缩短这个路程？回看能源基础设施的历史，也许会给我们提供一些线索。

能源基础设施

能源基础设施面临的“脱碳化”问题，是人类有史以来面临的最大问题。因其所涉内容不仅包括能源生产，还有运输、照明、供暖、供冷、烹饪，以及其他的基本服务体系等。从全球范围来看，单纯依靠化石能源基础设施的除了油气井、煤矿、大型油船、输油管道和炼油厂等，还包括数以百万计的汽车、加油站、油罐车、储藏库、发电厂、运煤列车、供暖系统、炉灶和烤箱等。

所有这些基础设施的价值总值高达约10万亿美元，几乎占美国国内生产总值的2/3。因此，短短一年甚至几年内就要取代规模如此庞大、耗资如此之高的体系，可能性为零，这至少需要数十年才能实现。

当然，还有一个好消息，那就是所有的基础设施必然有寿终正寝的一天。2010年的一项研究提到：假使现有的能源基础设施超期服役会有怎样的后果？

答案令人吃惊：如果将所有设计使用寿命即将到期的火电厂转为光伏电站、风电场或是水电站，将每一辆报废的燃油汽车转为电动汽车，如此，地球就有可能维持长久适宜人类生存的环境。

该研究显示，使用现有的基础设施直到其生命周期结束，可以实现全球平均气温上升控制在2℃的目标，许多科学家视其为地球可接受升温的最高上限。当然，我们并没有任由情况如此发展。相反，我们正在建设更多的可替代能源系统，虽然钻井、采矿、电站建设等工程并没有减少，甚至更多，但这种情况有望有所转变。

“起步期”到“扩增期”： 30年-100年的时限

从能源基础设施的演变中，不难发现其时间分布模式竟是惊人的相似：初始的“起步期”阶段，新的技术体系在整个地区得到迅速发展应用，继而步入稳定的“扩增期”。比如，美国的运河、铁路、电报、输油管道和公路建设的“起步期”持续了30年至100年；广播、电话、电视和互联网的“起步期”各持续了30年至50年。

基础设施的发展历程表明，可再生能源电力生产的“起步期”已经开始且增速较快，而且政府对此一直给予大力支持。

当前，太阳能发电和风能发电比其他的电力能源进步得更快，2009年至2014年间，全球太阳能发电和风力发电产能的年均增长率分别在50%和18%。这些能源可以借助现有的基础设施，向电网输送电力（虽然其发电波动性需要电网进行有效调度）。同时，风能和太阳能发电的灵活性，可以让住宅、农场和偏远地区的用电实现自给自足。

一些国家，尤其是德国和中国，已经成为可再生能源发电的主力军。

德国目前的电力超过25%来自可再生能源，碳排放总量在1990年的基础上降低了25%以上。中国以3000万千瓦的光伏装机总量引领全球光伏市场，并计划于2015年年末达到4300万千瓦。2010年-2015年，澳大利亚的光伏装机总量也实现了从130万千瓦到470万千瓦的突破，年增长率达96%。

在电动汽车、高效LED照明、地热供暖等技术的助力下，我们距碳中和目标的实现也越来越近。

那么，可再生能源基础设施发展需要的30年至100年的时间周期有可能缩短吗？现有的一些信息显示，这并不是没有可能。首先，就发电而言，只需将能源需求从化石能源过渡到可再生能源，电网、电缆等输电设施虽然需要管理方式的转变，但无需重建。其次，发展中国家可以跳过传统的能源基础设施建设阶段，直接投入到低碳能源基础设施的建设中。

类似的“跨越式”发展模式在过去十几年中已经出现。例如，自2000年起，移动通信网络在大多数发展中国家快速普及，很多地区也直接跳过了缓慢且昂贵的固定通信网络建设阶段。

另外，建筑物、农场、临时居住点和其他有能源需求的地方也可采用便携式太阳能电源或小型风车，避免了长距离输电线路的架设。这样的能源利用方式在发展中国家随处可见。

然而，对发达国家来说，向可再生能源转型可能需要更长的时间。因为发达国家不仅是设备，还有专业技术、教育、财政、法律、生活方式和其他社会文化系统等，都是依赖以化石能源为基础的能源基础设施，因此必须进行改革。

这样，一些大型的工业生产——特别是煤、石油和天然气——在转型的过程中必然要承受巨大损失，也避免不了政治上的阻碍，今天的美国就是如此。

与化石能源竞争是个棘手的问题

当然，能源基础设施的改革不是转型之路的唯一挑战。事实上，实现低碳化面临的是极大的技术难题。

改善燃油的经济性、实现高效的电力驱动是目前减少碳足迹的最有效方式，但这些都不足以让人们感到兴奋，更不会成为他们相互间谈论的热点话题。

在目前乃至可预见的未来，没有一种能源的来源是真正“零碳”的，因为我们仍需使用以化石燃料供能的设备去开采制造业所需的原材料并运输制成品，包括将可再生能源转化为电力的太阳能电池板和风电机组等。

电力是一种具有极好灵活性的能源形式，但储存仍是难题；目前最好的电池技术需要的研发材料是一种罕见的锂金属，尽管对其进行了深入研究，但用其制造出来的电池仍然具有成本高、重量大和充电慢的缺点。

稀有金属——只能在仅有的几个地方发现的极其罕见的金属——是当前开发风电机组和其他可再生能源技术的关键因素之一，因此稀有金属资源的供应问题必须得到重视。最后的结果是，在许多情况下，石油、煤炭和天然气发电仍将是最方便、低廉的电力供给方式。

另外，要把跨越大陆的长距离轮船海运、货车陆运和飞机空运这些主要的运输方式转变为使用可再生能源来供能也是一个难题。据悉，生物燃料提供了减少这些运输系统碳足迹的可能性，但是也会存在这种生物质能源植物的生长与粮食油料作物竞争的问题。

再有，全世界能源的供给都来自可再生能源，这个最终目标首先需要在原则上可行。最近的研究发现，在原则上可行且较容易实现的仅有风能、水能和太阳能三种，并且最终的消费价格会低于当前能源系统。

基础设施如同社会责任

巴黎联合国气候大会的召开对低碳能源转型而言意义何在？

加速能源体系低碳化不能仅依赖于技术创新，因为基础设施不只包含技术系统，还要依靠政治、金融、社会承诺、行动、历史和这一系列的维护者们，它们之间相互影响、相互作用。为此，去碳化既需要在文化观念上有实质性的转变，还要克服政治上的障碍。

从文化角度讲，能够激励我们加速转型的一个口号可能是“能源民主”：其意味着我们可以在家里或是别处小规模地开展能源生产行动。

在普通家庭财政支出能够承受的范围内，新建工程技术和低价的太阳能电池板已经带来了“零能耗”的房屋（生产越来越多的能源供居民消费）。这些是德国雄心勃勃推动能源转型战略或是远离化石能源计划的重要组成部分。

在基础设施的历史进程中，当一项新技术脱离大型公司和政府时，为了让个体和小型企业接受，在“起步期”经常被加速。20世纪早期的电力和20世纪90年代的互联网就是最好的证明。

在澳大利亚的昆士兰州有超过20%的家庭在用电方面实现自给自足。这说明屋顶太阳能这种新的用电模式的可行性，而且在某些地方已被普遍使用。事实上，最近的一项调查发现，能否为一个家庭的房屋增加太阳能电池板的数量决定于他的邻居是否已经安装了太阳能电池板。

如何击破低碳能源转型中的难题

很多不同的政策措施既能帮助降低能源的消耗，又能在混合能源中提高可再生能源市场份额。

未来的建筑条例有可能逐步地调整为要求每个房顶进行能量生产，或者是逐渐提高LEED（美国民间绿色建筑认证奖项）“绿色建筑”的标准。当降低了化石能源燃料的消耗并提高可再生能源使用率时，逐渐增加的烟尘排放税和限额交易系统（已经在一些国家实施）将进一步激励低碳能源体制和标准的创新。

在美国，至少从政治层面来讲，消除当前许多对化石能源的补贴可能被证明比征收碳排放税更容易，同时，还要发出两者价格不相上下的信号。

奥巴马政府推出的清洁能源计划旨在减少来自火电厂的碳排放量，这代表着政策变动的正确性。该计划给那些公用事业公司留有逐渐适应政策、发展初期的碳捕获和储存系统的时间。据美国环保局预算，这项计划将带来200亿美元气候变化方面的利润和140亿－340亿美元的保健福利金，然而，成本却不多。

温室气体有多方面来源，包括农业生产、动物饲养、制冷剂和森林砍伐等，因此全球经济的低碳化更倾向于使用可再生能源。

本文讲述了低碳能源转型系统难题中的一小部分问题，但对基础设施前景的解析也许能帮助我们思考这些难题。

基础设施的历史告诉我们，脱碳化目标的实现不会像我们想象的那么快，但它可以向我们展示加速转型的方式。很多变化快速发生时会出现一个转折点时刻，我们可能就在这样一个时刻的边缘。巴黎气候协议的达成，会让许多国家在推动低碳能源系统转型向前发展过程中得到启示。

（本文作者为密歇根州立大学信息学院历史系教授，原文刊于澳大利亚对话网站）