Kernot Professor of Engineering,University of Melbourne,Australia

Engineering期刊就清潔能源主題適時出版了一期專題論文。本專題中的研究論文和觀點述評涵蓋了一個非常多樣化且有爭議的領(lǐng)域。關(guān)于清潔能源主題的觀點十分多樣，從主張采取緊急行動防止人類滅絕到否認氣候變化的存在，可謂包羅萬象。在排除任何群體之前，對工程師和技術(shù)人員來說，留意圖1所示的對氣候變化的不同態(tài)度呈現(xiàn)相當均勻的分布是很有意義的[1]。

因此，我們應(yīng)該注意到，在世界不同地區(qū)如何使用清潔能源的問題上，需要有一系列的論證和選擇。在本期清潔電力專題中，我們將“清潔能源”定義為以經(jīng)濟、可靠和環(huán)境可持續(xù)的方式輸送能源，來滿足大眾的需求并得到他們的支持。拋開個人態(tài)度不談，怎樣才被認為滿足這些標準，這在世界各地存在著巨大的差異。

讓我們思考一下歐洲、中國和北美洲三個“超級”清潔能源地區(qū)的做法。歐洲被認為是清潔能源發(fā)展的先行者。在各國政府（尤其是德國）的大力支持下，20多年來，歐洲一直鼓勵對太陽能和風能進行投資，并且取得了很大成就。事實上，這期專題包括了兩篇關(guān)于下一代太陽能光伏技術(shù)前沿的研究論文（Yang等及Ramirez Quiroz等），該技術(shù)的基礎(chǔ)是Cu(InxGa1-x)Se2(CIGS)，如銅、銦、鎵、硒化，而不是硅。盡管做出了這些努力，不過現(xiàn)在歐洲大多數(shù)政府仍然認為，要實現(xiàn)2050年的宏偉目標，負排放是絕對必要的。實際上，最近一項以歐盟為基礎(chǔ)的Meta研究[2]表明，生物能源與造林/再造林和土壤封存一起，是實現(xiàn)大規(guī)模負排放的唯一經(jīng)濟途徑。相比之下，直接收集空氣在經(jīng)濟上是不可行的。因此，在本期專題中刊登的由劉偉等撰寫的關(guān)于生物質(zhì)發(fā)電和氫轉(zhuǎn)化的文章既及時又相關(guān)。低溫生物質(zhì)流動燃料電池的概念是新穎的，因為這是利用生物質(zhì)作為電子供體來減少電解水所需能量的方法。

圖1.對氣候變化的態(tài)度。

然而，在中國，我們看到了不同的方法。盡管中國擁有最大容量的風力發(fā)電裝機（中國：0.211 GW；美國：0.096 GW；德國：0.059 GW）[3]，但正如王樹民在本期專題中指出的那樣，煤炭仍然是其主要的動力來源（600 GW），并且在可預見的將來可能會保持這種狀態(tài)。因此，中國面臨的挑戰(zhàn)是應(yīng)對汞、硫氧化物、氮氧化物和顆粒物的排放。這一問題已被后處理凈化技術(shù)靈活而有效地加以解決，那些污染物的排放量已超過美國燃氣發(fā)電廠要求的標準，即接近于零。而如何減少煤炭的排放量以符合最近宣布的2060年的零排放要求，還有待觀察。

美國近年來變化最大的是許多燃煤電廠的停用，代之以更為廉價的天然氣。當然，這種轉(zhuǎn)變既能減排，也能降低成本，兩方面都有益處。雖然各州的方法明顯不同，但很顯然的是，北美洲的電力深度脫碳既需要負排放，也需要大量采用低排放技術(shù)和更多的存儲空間——后者還有待證明是否具有規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)。Greig在本期專題中描述了“Rapid Switch”項目[4]中的一些活動，我們對其結(jié)果非常感興趣，但如果看到低排放技術(shù)所需的產(chǎn)能過剩至少是峰值需求的5倍（這是一個相當大的挑戰(zhàn)），我不會感到驚訝。電網(wǎng)互連也必須相應(yīng)地增加。至于這種轉(zhuǎn)變所帶來的經(jīng)濟效益，只有時間才能證明。

關(guān)于哪些技術(shù)將會發(fā)展和繁榮，為全球提供所需的清潔能源，筆者在以前就曾指出[5]，預測技術(shù)比賽的贏家既是無效的也是不明智的，盡管這對各個政府、公司和企業(yè)具有吸引力。因為技術(shù)的發(fā)展本來就是不可預測的，它在過去發(fā)生變化，將來也會繼續(xù)變化。因此，為了提高我們所使用清潔能源的地位，我們應(yīng)該采取各種可能的解決方案。

碳捕集、利用和封存（CCUS）被許多人認為是未來清潔能源的重要組成部分，但目前過于昂貴。正如Singh等[6]所指明的，當考慮整個發(fā)電站時，其經(jīng)濟性很低，而CCUS的部署有望遠遠低于文獻中經(jīng)常出現(xiàn)的平均成本。也就是說，降低成本對CCUS來說相當重要。Alivand等在本期專題中詳細介紹了改進胺吸收的技術(shù)。只有通過這樣的發(fā)展，才能真正有機會大規(guī)模采用CCUS。

我們還看到了很多令人激動的進展，這些進展正在推動CIGS光伏元件的發(fā)展。盡管基于硅技術(shù)的地位相當穩(wěn)固，但仍有競爭空間。

圖2.氫和互換性尚未得到很好的探索。

最后，在考慮清潔能源時，應(yīng)適當考慮能源利用的總體情況，特別是金屬等工業(yè)材料的運輸和生產(chǎn)情況。Hartley和Au在本期專題中的觀點述評文章中指出，未來以氫為中心的話題可能變成熱點。關(guān)于氫和電在使用方面的互換性，特別是在運輸方面，目前還沒有太多討論。氫可以由電產(chǎn)生，也可以產(chǎn)生電。氫氣可以儲存，也可以用于運輸。電能也可以用于運輸，電動汽車還可以在智能電網(wǎng)上提供存儲和負荷管理，如圖2所示。這些雙重功能和互換性還有待探索，但氫能運輸和美國國內(nèi)應(yīng)用的長期市場目前可能被低估。至于阻礙氫能發(fā)展的因素，成本是一個挑戰(zhàn)，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)方面的成本。

擴大氫能市場需要強大的動力。其中一個動力可能是將10%的氫氣注入天然氣供應(yīng)系統(tǒng)。盡管天然氣-氫氣混合物可以用于100%使用天然氣的應(yīng)用，但也有可能從天然氣-氫氣混合物中提取氫氣，以單一地使用氫氣。胡國平等在本期專題中探討了將置換的風能轉(zhuǎn)化為氫氣，通過天然氣管道輸送，然后在存在氫氣需求的地方進行提取的可能性。這種可能性也提醒我們，雖然低排放的能源并不缺乏，但其中很多能源距離投入市場使用還任重道遠。

總而言之，預測2050年的清潔能源技術(shù)會發(fā)展到哪一步是不太容易的。然而，在本期專題中，我們收獲了一些有益于清潔能源發(fā)展的見解，這些發(fā)展可能有助于提供經(jīng)濟、可靠和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，滿足公眾的需要并得到其支持。