一个国家可依靠“100%可再生能源”吗？

一个国家要实现“清洁低碳”能源转型，可依靠“100%可再生能源”吗?这是个现实问题，无法回避，必须明确。但要使人“折服”，并不容易。许多人提出各种解答，都有一定道理，但多嫌不够严谨或“有”懈可击。美国吉恩·普雷斯顿(Eugene Preston)博士在《可想象》(Thinkable)网站上提出了自己的见解。他自1997年把“电网可靠性”作为自己的学位论文以来，一直专事这方面的研究。他的回答是“非常不可能”。他的回答包含足够的细节，拟说服所有的人，但“狂热信徒”除外。

他曾在美国《德克萨斯大学能源论坛》(UTES)讲演，以视频和幻灯片格式发表[1]，《核能见解》(Atomic Insights )网站东道主、核能专家基德•阿达姆斯(Rod Adams)“略经编辑和重新格式化”，把它转化为有连贯性的文字[2]，大意如下：

100%，意味着无时无刻，每个小时，从天气好的年份到天气坏的年份。

简单地问一个问题，是否每小时都有足够的能力(容量)满足电力需求?我做了许多可靠性研究，最近到德州电力可靠性委员会(ERCOT)做报告说，包括各种情景在内，可再生能源的占比(穿透率或普及率)可推高到75%。同日，给某些大学生做了同样的演讲。这个讲演有视频记录并已存档，因此比“幻灯片”描绘的，包含更多的细节。

普雷斯顿博士在德克萨斯大学能源论坛讲演

ERCOT有相当多的风电和能源，年平均需求约40GWe, 70GWe的峰值系统中20GWe是风能。现在刚开始给系统添加大量太阳能。

模拟显示，某个地方太阳能约从7GWe到14GWe，有“多余”的电力。有时开始大量“倾倒”过剩的能源。加州现已“不得不”那么做。(倾倒，可理解为欧洲电力市场上的“负电价”或“弃光”。)

这是能源浪费。而早在转向可再生能源的初期，占比大概20%-30%，就开始浪费这种可再生能源。...为了停止倾倒这种宝贵的能源，需要“储能”。

在模型中添加储能，工作得很好。有个表格显示不同占比的情景，以及需要多少储能[1]。最初，储能只用于“调峰”的能量转移。

随着可再生能源“承载”越来越多的负荷，满足调峰，可再生能源开始“坚持”较长的时间。不断添加更多可再生能源和更多储能，很快就会发现可再生能源几乎已“承担”起所有的能耗。

但有个问题。每隔一段时间，就会看到可再生能源生产出现“能源短缺”。因为风能和太阳能恰好有个能源低产期。在需要“调配”能源时有足够的储能，这不是问题。问题是，风能、太阳能和水力发电不可避免地“有时”不能在整个州到处生产许多能源。

如果可再生能源缺产一天，就必须启动燃气发电机组满足电力需求。所以运行“可靠性测试系统”程序(RTS3)，“强迫”我们不能让所有的燃气发电机组退役。其实，可再生能源无法产生足够的能源时，就必须使大部分化石燃料产能保持“备用”状态。

所以，这就阻止了100%转化为可再生能源。

如果可以长期储能，就像有个“粮仓”，那会怎么样?假设可以制造某种液体，比如流体蓄电池，就可以大量储能。甚至可以储能几年，可以用足够的储能“渡过”低产量的年份。

但是，这项技术还没有发明出来。

因此，在发明长期储能之前，无法实现100%可再生能源。谁都可以下载RTS3模型，运行自己设想的方案。我甚至可以为你准备来自公用资源CAISO(California Independent System Operation)的数据。

如果有个“长期干旱”，水力发电减少好几年，CAISO就有很严重的可靠性问题。水能是一种“眷顾”，也是一种“诅咒”。多雨的年份是祝福，干旱的年份就是诅咒。在过去1200年里，加州经历了2013-2015年最干旱的年份，下一次干旱是什么时候?需要什么样的资源才能保证严重的干旱期间，让“电灯”继续亮下去?

在能源组合中加入某些核能，会使系统的装机容量和能源的多样性更可靠。也能减少CO2排放。摆脱化石燃料，是我们的共同目标。

《核能见解》网站此文附有社会公众的评论。有些见解，言简意赅：

●几乎所有对这个课题进行严肃系统与工程级分析的人，都得出了同样的结论：一个国家不能靠容量因子只有10-30%的能源提供电力，它的动力来自随机可用(风能)和整体共模失效(太阳能在夜间，冬季)的资源。人们不明白，这个问题是资源问题，不是技术问题。太阳能电池板非常可靠，比燃煤电厂有更多的优势，因为后者有很多运动部件破坏和降低可靠性。不管太阳能板和涡轮机有多好，风和阳光都不会变得更可靠。如果有任何的气候变化，可以期待有更大的变化和意想不到的极端条件。

●储能是理论上的解决方案，但在所需的规模上不可行。即使能储存一、两周时间，对于一个可靠的无碳电网来说，仍然远远不够，已远远超出资源和经济可行性的范围。一个很好的例子是汤姆墨菲(Tom Murphy)教授的文章[3]。

●问题不在于技术。太阳能电池板工作得很好，研发可以使它们更有效率。但不能让太阳在夜间、在冬天或在厚厚的云层中发光。不能使一个10-20%容量系数的PV系统(在遥远的北方，甚至还不到10%)进入80%容量系数的系统。在德国，全国所有太阳能电池板的典型冬季生产能力范围从0.1%到4%不等。典型的12月/1月，整个“机群”的容量因子平均为1-2%。如果有大量储能设备(这在经济上是毁灭性的)，那么你就能在圣诞节的时候给你足够的电力来维持照明，但是在这个月的其余时间里(12月)仍然没有电力供应。储能不能按需求的规模运行，这是一个资源问题，不是技术问题。

●风能和太阳能的世界从未被证明有效。那些认真尝试过的国家，比如德国，仅仅成功地将自己锁定在使用化石燃料问题上。

●作出承诺之前，需要评估这种想法的优点。因为大多数想法行不通，或者是死胡同。就太阳能驱动的经济而言，显然是个死胡同。

能源转型，有各种见解，在现实生活中都能找到支持和反对的实例。但做出判断，要靠“逻辑思维”和“辩证观点”。前者解决是非问题，后者追求最佳效果。是非决定方向，要非常明确，不能折中或南辕北辙;效果则需要多方面的分析、比较，甚至等待，不必匆忙做出结论。最后的判据是社会实践和经济成就，不是意图和意识形态。

参考资料：

1.Gene Preston, Keeping The Lights On As We Transition To Renewables, UT Energy Symposium (UTES), Sept 7, 2017

2.Rod Adams, Dr. Eugene Preston explains why 100% renewable energy is unlikely to the point of impossibility, Atomic Insights, October 12, 2017

3. Tom Murphy, A Nation-Sized Battery, Do the Math, 2011-08-02