能源的下一个时代，需要走多久？

2018年的某一天,是我第一次去西安,记得那天,太阳很大,天气很好。汽车开了两小时,便到了地方,拖着些许疲惫的身体,终于放置完行李。吃饭之余,那里的村民告诉我,不要去登那座山,我顺着她手指的方向看,心里惴惴想,小地方的人或许多了几分迷信。好奇心驱使我打开百度地图,上边赫然写着几个大字,秦始皇陵。

根据坊间流传和史学家讲,始皇墓里至今仍有近千盏长明灯彻夜不停,日月星辰,浮于地宫之上。而在古代,如何存储火源、利用火似乎是很多能人巧匠费劲脑袋都一直解决不了的问题,然而在始皇帝那一代似乎有了答案。

(一)薪柴时代:火种生生不息,能源早期利用

唐代诗人白居易曾在《卖炭翁》一诗中写道:“苦宫市也卖炭翁,伐薪烧炭南山中。满面尘灰烟火色,两鬓苍苍十指黑”,描写了一个老人伐薪烧炭,卖炭谋生的遭遇。这便是人类的第一个能源时代,以利用“木柴”为主的薪材时代。无独有偶,与木材唇齿相关的便是火。火也是人类掌握的第一项技术,恩格斯在评价火的作用时说:“磨擦生火第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人同动物分开。”

早在先秦古籍中已有关于火的记载。对火的早期利用,当属燧人氏的钻木取火,人类学会用火之后,首先用于燃烧煮食和取暖并使人能在夜间活动。从钻木取火到打火石,火被用于煅烧矿石、冶炼金属、制造工具,这极大提升了当时人类的生存条件,使人类走向了与其他哺乳类动物完全不同的进化之路。

火,在人类历史上比较有名的登场,曾经还有这样一个故事。西周末年,有个皇帝叫周幽王。话说,幽王有一个非常宠爱的小妾,叫褒姒,褒姒生得美艳动人,却不喜欢笑。幽王为博得美人一笑,不惜重金求计,点燃了烽火台,戏弄了诸侯。褒姒看后果然哈哈大笑。幽王很高兴,因而又多次点燃烽火。

当然,有关“火”的典故也不仅仅是周幽王“烽火戏诸侯”一例。秦始皇焚书坑儒的“火”,烧的是儒家经典,焚的是能人异士之思想。项羽火烧阿房宫,熊熊大火,三月不熄,绝世宫楼,步步坍塌。烧的是秦朝的奢靡,立的是否是项羽的抱负,我自不敢多揣测。

不管是放置干草于烽火台,还是李斯封禁百家思想开放与争鸣的火。人类对于火种的探索似乎总是存不好,用不好的。煤炭的到来似乎能改变这种界面。

(二)煤炭时代:工业方兴未艾,煤炭再接力

是蒸汽机的大规模使用导致了煤炭时代的来临?亦或是煤炭时代先于工业革命?这中间存在些许误区。

其实,有关煤炭的笔墨在中国早期就有。元朝时期,有一位名叫马可•波罗的威尼斯商人,他在中国游历17年,回国后写成《马可•波罗游记》一书,该书出版后在欧洲引起了很大反响。在本书中,描写了元朝时中国广泛使用煤炭的情况。马可•波罗在意大利乃至整个欧洲并未见过此类火力强盛,燃烧时间如此之长,还可以取暖和做饭的东西。因此,就给了一个它很别致的名字“黑石头”。

到宋朝时,中国部分城市就实行了“柴改煤”,先欧洲人好几百年就完成了人类历史上第一次能源革命,但那个时期煤炭主要被用作工业和民用燃料。宋朝没有承担起引领全球能源革命的历史使命,就好比四大发明的火药只用于烟花炮竹一样令人遗憾。

17世纪中叶,随着蒸汽机的发明,英国开始工业革命,机械开始大规模代替人力,煤炭以其高热值、分布广的优点成为全球第一大能源。煤炭解决了薪柴时代简单的木材无法满足能源需求的困境,人类步入“煤炭时代”。

煤炭在当时有“黑金”的美称,其作用是有目共睹的,它带动了工业的迅速发展,大大促进了世界工业化进程。发电与钢铁、建材、化工并为传统的四大用煤行业之一。20世纪30年代以后,随着发电机等技术的完善,火力发电进入大发展的时期,火力发电也让人们在探索火的历程上更近了一步。煤炭时代所推动的世界经济发展超过了以往薪柴时代数千年的时间。

然而,煤炭的不可再生性、不易开采以及在烧炭用煤过程中造成的污染与浪费问题,也成了发展的隐患。

曾几何时,18世纪的伦敦被称为雾都(London Fog),泰晤士河排水管道引发的“霍乱”,就连太平洋下游的人们都感叹餐桌上的鱼儿不香了……

2015年12月18日,英国最后一家深层煤矿正式关闭,英国媒体感叹称,这标志着“一个时代的终结”。全球煤炭时代源于英国,又在英国落幕。人类能源利用史在这个精致岛国转了一个轮回。

(三)石油时代:城市化与全球化,动力来蓄力

如果说从英国看煤炭轮回的话,那么石油的过去、现在和未来,必然要从美国德克萨斯来看。

1857年12月,一位中年人,从美国的纽黑文市乘车前往达泰特斯维尔的油溪河。到了那里,他看到掺杂着石油的泉水从地壳深处滚滚涌出,“这水能像白兰地一般燃烧”。这个人叫埃德温·德雷克,他的名字就这样和石油开采史分不开了。直到1901年,在德克萨斯州发现石油引发的世界性石油开发热,全球开采的石油很快就超过了提炼煤油之所需。然而,爱迪生灯泡的发明让煤油在市场上变得暂时黯淡了。

而此刻,欧洲工业革命如火如荼,动力用油开始了急剧增长,及时挽救和催生了现代石油产业。工业革命的主题是人类大规模开发和使用动力设备,石油有了更大的发展机会。自从19世纪七八十年代发明内燃机之后,人类对于石油的使用逐步增加,最终超过煤炭。20世纪60年代,石油取代煤炭,人类进入“石油时代”

随着时间的推移,人类对石油的依赖越来越深。人们很快就发现,只有取得充足的石油资源,才能维持现代经济的繁荣和高度机械化的战争。全球先后爆发的石油危机就有三次。中东地区由于巨大的石油蕴藏量,引发的战争更是从未停止过。此外,石油不仅易燃易爆,造成的大气污染、土壤污染和地下水污染问题层出不穷。

石油资源问题不仅关乎人与自然的和谐共生,也是国家存活之斗争。近代中国的国门就是被大炮轰开的,落后就要挨打的教训够多的了。

未来几十年我国发展目标实现过程中,“石油”占据着关乎经济、安全、外交相关的重要地位。王能全在《石油的时代》书中写到如果我们想要解决能源安全问题,实现能源独立,则是必修要进行能源革命,进入可再生能源的时代。

(四)“新能源时代”:这一程怎么跑or跑多久?

人类社会正在迈向第三次重大能源转型,新能源时代已经来临。

可再生能源规模化利用与常规能源的清洁低碳化将是能源发展的基本趋势。加快发展可再生能源已成为全球能源转型的主流方向。风光伏发电、以及太阳能发电是新能源时代的主要形式。可再生能源发电占比逐年递增,造成的弃风弃光率,电网消纳空间不足等问题日益严重。而如何存储,怎样储能成为了目前阶段继续攻克的难题。

目前的存储技术主要是物理储能,电化学储能和电磁储能。抽水蓄能、压缩空气储能属于成熟技术,市场份额较高。根据数据显示,2020年,国内电化学储能坡度上升,突破1GW,在未来市场将会有更大的占比。液流电池作为电化学储能分支,普遍具有极安全、长时储能、循环使用寿命长的特点。锌铁液流电池也拥有0燃烧0爆炸、8小时以上储能时长、20年以上使用寿命、电解液可重复利用和回收等等优势,必然在未来市场占一席之地。

随着“双碳”政策地提出,能耗变得更加重要,能耗需要控制,但减碳不等于减能。这也对储能技术提高了深层次的要求。双碳目标的根本逻辑是使能源生产和利用变得更绿色、低碳、清洁、高效、以及数智化。

回看历史长河,从薪柴时代到煤炭时代人类走了几亿年,从煤炭时代到石油时代走了几万年,从石油时代到新能源时代可能就是几百年。困局在每个时代都存在。但是解决困局的时间路径却越来越短。能源的下一个时代,需要走多少年?我们可以相信,马上就有答案了。