陳軼翔/編譯

清潔能源革命

陳軼翔/編譯

在狂風大作的日子里，丹麥哥本哈根海岸的風力渦輪機的發(fā)電量已足夠丹麥全國使用，同時還有結(jié)余

不久前，瑪婭·費利西亞·本特森（Maja Felicia Bendtsen）曾花費了大量時間來確保在波羅的海的這個風中小島上事情不會失控。她的雇主，丹麥Ostkraft能源公司，設有35臺風力渦輪機，幫助向博恩霍爾姆島上的41 000名居民提供電力。但有時候這些飛速旋轉(zhuǎn)的葉片所產(chǎn)生的電量，已超過了島上的電力所需量。所以，Ostkraft公司的工程師們不得不采取快速行動，有時甚至在狂風咆哮的半夜里也不例外，為渦輪機剎閘，以免使過量的電力將島上的電線熔化。這個例行工作是令人沮喪的：Ostkraft公司所被迫扔掉的資源基本上都是免費的可再生資源。

而如今該公司則節(jié)儉多了。借助本特森及助手們發(fā)起的一項名為生態(tài)格網(wǎng)（EcoGrid）的項目，Ostkraft公司較好地利用了先進的智能電網(wǎng)技術，能夠更有效地利用其豐富的風能。例如，當電力需求較低時，該公司利用多余的電力為住宅熱水系統(tǒng)加熱，使其比常溫高幾度，儲備能量以供日后使用。這些策略使得Ostkraft公司之前被迫為渦輪機剎閘的次數(shù)降低了80%。

這似乎聽起來不是什么大成就，但它標志著向兩大目標邁出了重要步伐：一是博恩霍爾姆計劃到2025年要完全擺脫化石燃料，二是整個丹麥也要在未來完全停止對化石燃料的使用。這個擁有550萬人口的資源匱乏的小國家，已為自己設定了世界上最為宏大的環(huán)保目標：到2050年成為一個“碳中和”國家。各國代表齊聚巴黎商討全球應對氣候變化的協(xié)議，同時很多代表們希望通過對博恩霍爾姆和丹麥的了解學習來探究自己國家應如何快速轉(zhuǎn)變能源系統(tǒng)。“丹麥模式真的很重要。”加州大學伯克利分校的一名能源政策專家丹·卡門（Dan Kammen）說道，“究竟我們現(xiàn)在能做些什么呢？丹麥模式為我們提供了很好的借鑒。”

但博恩霍爾姆也在強調(diào)環(huán)保之路潛在的技術和政治障礙。丹麥一直努力將其大膽的減排目標同稅收經(jīng)濟政策匹配起來，然而為實現(xiàn)碳中和所作的有些方面努力在政治上已變得頗有爭議。位于哥本哈根的丹麥能源協(xié)會常務董事拉爾斯·奧格爾德（Lars Aagaard）說：“這絕非是輕而易舉之事?！?/p>

丹麥的能源變革之路

在此番氣候變化的關注熱潮之前很久，丹麥就已經(jīng)開始了能源變革。二十世紀70年代，丹麥受到了阿拉伯國家石油危機的沖擊，由于其缺乏足夠的石油和煤炭儲量，先是丹麥的農(nóng)民，后來政治官員也一道呼吁推動可再生能源的開發(fā)利用。雖然丹麥沒有湍急的河流可供水力發(fā)電，也無較強的陽光來進行太陽能光電利用，但在北海和波羅的海沿岸有大量的風能可以利用。

2012年，丹麥領導人承諾在電力和運輸部門使用100%的可再生能源。如今，可再生能源占據(jù)了丹麥全國能源消耗總量的四分之一，與此同時對煤炭、石油和天然氣的消費量正在下降。2014年，大約2 500臺風力渦輪機為丹麥提供了39.1%的電量，在未來五年中該比率有望達到50%。曾經(jīng)依靠燃燒煤炭或石油的發(fā)電廠如今在使用可再生的草和木材。由于家庭改造項目和更嚴格的建筑法規(guī)所帶來的效率增益，自2007年以來丹麥整體的能源消耗量降低了12%。

一直以來，博恩霍爾姆都為丹麥其他地區(qū)的發(fā)展提供了很好的借鑒。歷史上，這里的城鎮(zhèn)風景如畫，鵝卵石砌成的街道，紅磚瓦墻，城鎮(zhèn)上的居民靠耕作和捕魚為生。然而到了上世紀80年代，漁業(yè)衰退，年輕人亦成群結(jié)隊地離開了。島上居民數(shù)量越來越少，老年人所占比例不斷增加，人們也愈加貧窮。為了尋找?guī)椭用袷″X的辦法，島上最大的城市倫訥市的市長，說服了附近的五個自治市，建立起一個區(qū)域性供熱系統(tǒng)。它利用島上中央發(fā)電站所產(chǎn)生的余熱來將水加熱，并輸送到附近家庭供居民使用。其他綠色能源項目緊隨其后，包括兩個新型的以草為燃料的供熱站，一個將發(fā)酵的農(nóng)業(yè)廢料轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴獾恼託庠O備和首批風力渦輪機。2007年，島上的居民委員會邁出了更大的一步，計劃到2025年實現(xiàn)可再生能源的完全供給，勾畫出“明亮綠色島嶼”的美好藍圖。

看起來是頗有成效的。如今，風能和其他可再生能源提供了博恩霍爾姆島上43.4%的電力供應。如果再加上用于地區(qū)供熱和發(fā)電而燃燒的生物燃料，上述比例數(shù)據(jù)則更高。同時，Ostkraft公司繼續(xù)以較快的步伐加速研發(fā)新型風力渦輪機，升級太陽能電池板以及開發(fā)其他可再生能源的來源。明年，公司將把電力工廠中的煤燃燒器替換成木屑燃燒器。但是木屑燃燒仍會產(chǎn)生二氧化碳——主要的溫室氣體。因此Ostkraft公司正在嘗試著做進一步的努力，把燃燒木屑轉(zhuǎn)變成使用風能和太陽能。

早些時候，一些持懷疑態(tài)度的人曾擔心，由于風能和太陽能取決于天氣和時間，存在不穩(wěn)定性，因而無法提供可靠的電力來源。奧格爾德回憶說：“工程師們曾預計如果我們將可再生能源在系統(tǒng)中的比例再增加2%~3%，那么系統(tǒng)可能會崩潰?！?/p>

生態(tài)格網(wǎng)項目

本特森的生態(tài)格網(wǎng)研究項目可以幫助證明上述觀點是錯誤的。在過去三年中，該項由歐盟資助的項目已經(jīng)將博恩霍爾姆變成了世界上最大的智能電網(wǎng)技術的實驗室之一。當可再生能源豐富的時候，這些在幕后工作的自動化系統(tǒng)就會最大限度地使用電力，相反，如果可再生能源不足時，就會減緩對電力的消耗。例如，每5分鐘，生態(tài)格網(wǎng)就會將更新的電價發(fā)送到大約1 200戶家庭和100家企業(yè)的已安裝的智能控制器上?？梢酝ㄟ^設置智能控制器，使其在電價昂貴時，減少電力的使用，而在電價便宜時，增加對電力的消耗。智能控制器不會關掉人們生活所必需的電器，如電燈，但可以將冰箱下一次的制冷推遲到電價下跌的時候。本特森說：“我們的目標是未來可以提供無形的服務，消費者將看不到我們，但仍能獲得自己想要的一切?！?/p>

今年早些時候，位于靈比的丹麥技術大學的一位電器工程師，雅各布·奧斯特哥德（Jacob Ostergaard），及其同事們曾分析了生態(tài)格網(wǎng)對于轉(zhuǎn)變電力需求所產(chǎn)生的影響。他們的結(jié)論是，生態(tài)格網(wǎng)使得Ostkraft公司對于可再生能源的利用率提高了8%。盡管島上只有6%的家庭參與生態(tài)格網(wǎng)項目，同時該項目還存在一些技術上的缺陷，但收益亦十分明顯。本特森透露，如果參與家庭范圍擴大，生態(tài)格網(wǎng)就將使家庭獲得更多的收益。

在博恩霍爾姆的這個大型實驗同時還帶來了其他好處，包括有助于將電能的頻率穩(wěn)定在50赫茲以上。當電力需求激增時，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)通過啟動更多的發(fā)電設備，使頻率下降，從而避免了會對電器造成損害的頻率波動。生態(tài)格網(wǎng)的智能計量技術通過調(diào)控電力供給電器的時間，從而降低了實時發(fā)電的需求，同樣可以避免頻率波動。奧斯特哥德說：“我們可以得到類型完全相同的反應，甚至與改變發(fā)電設備相比，我們的質(zhì)量水平更高。”

支持者一致認為，可再生能源正在為博恩霍爾姆，乃至整個丹麥，帶來經(jīng)濟和環(huán)境效益。隨著空氣污染減少，丹麥的國內(nèi)生產(chǎn)總值自1990年以來增長了38%，甚至整體能源使用量及溫室氣體排放量也在下降。如今綠色能源技術占據(jù)了全國出口額的近7%，為社會創(chuàng)造了數(shù)千個就業(yè)機會。

丹麥技術大學電力實驗室的研究者們正在密切關注博恩霍爾姆島上的電流情況，這個位于波羅的海的小島已經(jīng)成為可再生能源的實驗場地

能源變革遭遇瓶頸

以上都是好消息。但在經(jīng)歷了能源變革初期之后，當博恩霍爾姆和丹麥想要推動其進一步發(fā)展時，卻面臨著更多的困難。本特森說：“我們已經(jīng)完成了初步簡單的工作，未來我們要走的路布滿荊棘。”

一個很大的挑戰(zhàn)就是，要說服歐洲鄰國升級電網(wǎng)，以便更容易地分享可再生能源。分析人士指出，這對于丹麥在2050年實現(xiàn)成為碳中和國家的計劃而言，是極為關鍵的。該計劃意味著，2050年即使仍有部分化石燃料被燃燒，丹麥將開發(fā)足夠的碳排放為零的能源來承擔全部能源供給預算。當能源匱乏時，強大的電網(wǎng)連接將使得丹麥可以進口低碳能源，以減少對化石燃料的需求；同時使得丹麥能夠?qū)⑦^剩的綠色能源有效出口，有助于降低國內(nèi)運輸業(yè)、制造業(yè)及電力部門的碳排放。

丹麥已經(jīng)與其近鄰瑞典、挪威和德國北部建立起良好的電力能源往來關系。例如，當國內(nèi)的太陽能和風能產(chǎn)量較低時，丹麥就從挪威宏大的水壩系統(tǒng)進口水電。但是丹麥在嘗試將其日益增長的綠色能源出口方面，則可能遇到瓶頸。

目前，過量的綠色能源通常被運輸?shù)降聡ǖ聡殉兄Z到2050年實現(xiàn)其所有的電力均由可再生能源提供）。但德國的大部分人口和工業(yè)位于南部地區(qū)，其同北部地區(qū)的大型電網(wǎng)連接相對較少。與此同時，德國北部居民反對增建新的大型電網(wǎng)，因為這將有益于丹麥人或是德國南部居民，而對他們自己并無甚好處。

負責指揮哥本哈根“生物改進聯(lián)盟”項目的能源分析師，安妮·格蕾特·侯絲哈德（Anne Grete Holmsgaard）認為，除非能夠清除這些障礙，否則丹麥所設定的關于可再生能源的遠大目標在2020年之后根本沒有意義。

更嚴峻的挑戰(zhàn)

對于丹麥的政策制定者來說，一個更為嚴峻的挑戰(zhàn)來自于仍主要靠內(nèi)燃機驅(qū)動的交通運輸業(yè)，其所排放的溫室氣體約占整個國家排放總量的四分之一。博恩霍爾姆島上的居民承諾將于10年之內(nèi)徹底擺脫由天然氣和柴油驅(qū)動的汽車和卡車。但是本特森預計這將無法實現(xiàn)。

本特森的預計不無道理。部分原因要歸結(jié)于丹麥并沒有國內(nèi)汽車制造商，其人口數(shù)量也并不多，不足以影響國外汽車制造商去生產(chǎn)清潔能源驅(qū)動的汽車。國內(nèi)稅收政策使問題進一步復雜化。當?shù)溔藶樽约嘿徺I的新車注冊登記時，需要支付的稅金比該汽車價格的兩倍還要高。較高的稅收有助于改善國家的福利狀況，同時有利于自行車和公共交通運輸?shù)耐茝V。但是稅收法規(guī)也阻礙了電動汽車的銷售推廣，而目前電動汽車是燃油汽車最好的替代品。

幾年前，丹麥政府曾免除了對電動汽車的征稅，以此刺激其銷售。同時，交通部門亦花費了數(shù)百萬美金來創(chuàng)建遍及全國的充電站，足以驅(qū)動10萬輛電動汽車。但是這些政策仍收效甚微，電動汽車的年銷售量只有幾千。即使有了如此突破性的稅收優(yōu)惠政策，電動汽車的價格仍相對較高，而價格稍便宜的則行程較短，使得大多數(shù)消費者猶豫不決。那些富裕的丹麥人能夠購買得起昂貴的行程較遠的電動汽車，當然他們也可以獲得購買高端的特斯拉電動汽車時的補貼。這激怒了很多丹麥的選民，因為他們認為自己是被迫對富人補貼。對此政府官員的回應就是，他們恢復了對電動汽車的征稅，并威脅要完全鏟除其銷售。位于哥本哈根的丹麥電動車聯(lián)盟負責人，安德斯·杰斯普·本森巴赫（Anders Jelstrup Besenbacher）說：“這不是一個成功的政治案例?！彼救酥С謱r格較便宜的電動汽車實行免稅政策。

丹麥的可再生能源之路，還面臨著其他的稅收問題。國家對能源使用征收很高的賦稅，丹麥人被迫支付高于批發(fā)成本價近6倍的電力稅。奧格爾德認為，這種高額的能源賦稅好處就是促進人們對能源的保護。不利的影響則是阻止人們在取暖和烹飪時對使用的能源進行從天然氣到電力的轉(zhuǎn)變，同時也限制了電動汽車的使用。奧格爾德說：“目前的挑戰(zhàn)不是如何產(chǎn)生更多的可再生能源發(fā)電，而是消費使用問題，即如何提高全社會對可再生電力的使用量?，F(xiàn)行的稅收制度已經(jīng)完全不合適了?！?/p>

可能的解決方案

對于上述這些發(fā)展過程中的問題，有一些可能的解決方案。例如，歐盟委員會正致力于創(chuàng)建“能源聯(lián)盟”，旨在對歐洲大陸28個能源市場的電網(wǎng)連接進行升級。分析人士指出，在丹麥國內(nèi)，儲備可再生能源的電網(wǎng)規(guī)模技術的普及，將有利于減少對電力進口的需求。這些技術有很多是現(xiàn)已存在的，包括飛輪和利用電力壓縮空氣以驅(qū)動渦輪機的系統(tǒng)。但目前大多數(shù)技術都很昂貴。最便宜的儲能方法是利用電力泵把水抽到山上，日后再通過渦輪機將水排放。但不幸地是，丹麥地勢平坦，并無高山。

實際上，丹麥擁有大量的地下鹽穴，已被用來儲存天然氣。今年早些時候，研究者們在《能源與環(huán)境科學》上提出，鹽穴也可以用來儲存由可再生電力產(chǎn)生的沼氣。該研究團隊表明，可利用可再生電力將水分解產(chǎn)生氫氣，再將氫氣置入被叫做固體氧化物燃料電池（SOFCs）的設備中，與二氧化碳相互作用以生成甲烷。日后，可將甲烷通過在SOFCs的管道傳輸中發(fā)生的逆反應，以產(chǎn)生電力，成本約為每度電3美分，和泵水系統(tǒng)的發(fā)電成本是一樣的。丹麥技術大學，Riso國家實驗室的莫恩斯·穆根森（Mogens Mogensen）是該研究團隊的負責人，他認為這些結(jié)果表明，丹麥在向碳中和目標努力的過程中，很多不同的技術都有發(fā)展空間。

以上數(shù)據(jù)源自2012年，未考慮土地利用變化及林業(yè)

迎接挑戰(zhàn)

要實現(xiàn)其2050年的目標，丹麥需要迅速采取行動。成本并非主要障礙。去年，研究人員同丹麥能源署一道，對放棄綠色承諾并堅持化石燃料（未來最便宜的選擇）的成本，同堅持四項綠色能源方案的成本作了比較。他們展望了未來復合型綠色能源技術的發(fā)展遠景：首先重點發(fā)展風能，其次繼續(xù)發(fā)展可生成熱量、電力及生物燃料的生物質(zhì)能，再次依靠生物質(zhì)能和風能生成氫能。研究者們得出的結(jié)論是：可再生能源變革會增加成本開支，但不是大幅度增加，因為丹麥已經(jīng)迫切需要更換其陳舊的煤炭、石油和天然氣廠。丹麥能源署估計，總體來說，從現(xiàn)在起到2050年，更加綠色環(huán)保的方案需要每年花費60億~290億丹麥克朗，即9億~42億美元。這一數(shù)據(jù)等同于目前丹麥人每年在可再生能源方面所增加的開支——4%。

丹麥能源署認為，較大的挑戰(zhàn)是時間。要實現(xiàn)2050年的碳中和目標，丹麥領導人需要盡快決定路線政策，因為考慮到新安裝的能源基礎設施通常有幾十年的使用周期，路線決策時間不應晚于本世紀20年代初。現(xiàn)在由右翼政黨——自由黨控制的丹麥議會，預計將于明年開始討論2020~2030年的新的能源計劃。屆時也許就會有早期的政策線索。問題是丹麥的自由黨領袖能否支持由前任政府所設定的2050年目標。

與此同時，來自世界各地的專家繼續(xù)登上渡輪前往博恩霍爾姆島上一探究竟，學習經(jīng)驗。總部設在華盛頓的世界資源研究所透露，在巴黎氣候大會前期，世界十大經(jīng)濟體中的八個已經(jīng)宣布計劃到2030年對可再生能源的使用翻倍。關于丹麥的清潔革命，有一點是顯而易見的，侯絲哈德說：“總體而言，丹麥人對于綠色能源發(fā)展是很自豪的，但是現(xiàn)在我們遇到了一些發(fā)展中的困難?！?/p>

[資料來源：Science][責任編輯：遙醒]