再生能源的數字遊戲

昨天IFLSI Fucking Love Science),一個普遍認爲不俗的科普網站,連續發出兩篇文章,一篇說太陽能足以提供全世界的電力,另一篇則說太陽能已經能提供德國50%的電力。這兩篇文章在探討能源政策的圈子中引來一陣爭議,雖然文章所説的在技術上不能說是錯,但也不能説它對(在科學上,不能説是錯」是一宗嚴重罪行),因爲它們將複雜的問題過度簡化,衹是片面的描述一幅美好圖畫,太陽能發電的技術障礙卻一點都沒有提到。這種言論有誤導公衆之嫌,因爲大多數人對電力生產的技術問題不甚了了,如果不仔細思考就接納這些資訊,他們不夠全面的想法就會阻礙國家制定適當能源政策,而這將會是一件非常危險的事

首先要説明一點,電力的使用以天爲單位,然後再分時段計算,而不是年。說一年的電力供應和需求並沒有太大意義,因爲電力需求在一天和不同季節間可以有很大變動(周末和工作天也有不同),所以電力的生產必須要滿足這個按每天不同時段而變化的需求,否則就會發生缺電,而描述這個每天電力需求變化走向的圖表,我們稱之爲負載曲綫」(load curve):

就算在電力需求最少的時段中,我們也需要一定的電力供應,因爲有某些服務,例如醫院,是不能停止的。凡是知道地球如何繞著太陽運行的人,都一定會知道太陽能有一個特性,就是在晚上你看不見它。因此,太陽能有一個根本的物理限制:在晚上、陰天、下雨天都不能用太陽能電力。因爲太陽能和風力這兩種再生能源時多時少,所以我們稱之爲間歇性能源。

太陽能板衹能在白天接受陽光發電,而它的發電高峰在正午左右。如果它的電力生產多於當時的電力需求,因爲電力以目前的技術不能存儲的關係,不管當時的產量有多高,我們都不能用這些過剩的電力去覆蓋晚間和下雨天的需要,這些多出來的電力就是浪費。因此,所謂德國太陽能已經達50%,其實衹不過是在最理想的狀態中(夏天),一天幾個小時間達到該時段的50%。其餘時間,亦即是絕大多數時間,需要用常規電力支持,如果出現空缺,例如下圖中24日的傍晚,就要從他國輸入電力。

另外,就算太陽能真的在這個時段達到50%,它的大部分都衹會變成過剩能源。因爲太陽能物理限制的關係,電力供應需要常規的基載電力,例如煤、天然氣、水力或核能,去提供全天候穩定的電源。除了天然氣之外,這些基載設施並不能説停就停,因爲要啓動它們需要很長的時間,可能需要數日,所以就算太陽能能在尖峰時期提供足夠的電力,這些基載設施都必須要開動,增加太陽能並無助於減少基載電力的使用。既然基載電力已經是全天候供應,太陽能的一部分衹能用作補充,而多出來的部分就會成爲浪費。

故此,希望擴大間歇性的太陽能和風力去取代常規能源,例如核能,就會衍生出一道兩面同體的問題:1)突然過多而不能控制的電源會讓電網超出負荷,產生電網受損和停電的風險;2)依賴間歇性能源會產生電力缺口,需要尋找替代的基載電力。

既然這麽多人都認爲德國是再生能源的模範,我們就看德國是如何應付這兩道問題,或者準確點說,爲吸納選票堅持停用核電而產生什麽惡果。對第一道問題,德國的應付方法是利用歐洲電網出口過剩的能源到他國,自己生產的太陽能不能使用之外,更將電網超出負荷,產生電網受損和停電的風險的問題和成本轉嫁到歐洲其他國家的頭上。

而且,爲了填補廢核所帶來的基載電力空缺,它選擇大量興建燃煤電廠,更用上了污染性極大的褐煤。好多媒體說德國太陽能達到50%的同時卻忘了問另外的50%是什麽,他們對德國燃煤發電也達到50%這個現實無動於衷。德國並不是再生能源和廢核的成功典範,或者這樣說,它是用環境污染、氣候轉變和德國人民的健康來換取再生能源在字面上的成就。

更何況,製造太陽能板和風機需要開礦取得重金屬,而這個過程會製造土壤和水源污染,爲當地的人帶來健康問題,這個問題正發生在現在的中國。開礦需要土地,這就代表政府需要徵地。看來對某些人而言,在自己生活的範圍附近徵地是萬萬不能,但他人生活範圍中的徵地,尤其是自己想要通過徵地而產生的一些產品之時,這倒是一點問題都沒有。

如果暫時不理污染問題(除了金屬污染之外,還有因低頻率噪音而引發的疾病和傷害鳥類),使用風力又怎樣?歐洲有很多國家的再生能源比例很高,北歐國家,如挪威,的甚至可以到達60%以上:

答案其實很簡單,水力也是再生能源的一種,而北歐國家大多以來水力,瑞典就是水力和核電大約各佔一半。

丹麥是風力發電最成功的國家,因爲北海和丹麥半島的西部是全球風力最足夠的地方。但它的電費依然是歐盟之中最爲昂貴的,因爲爲鼓勵對風機的投資,政府發放大量補貼,在2001-2005年間,政府補貼大約用了17-26億丹麥克朗(~3.2-4.8億美元)。它著名的社區型風電的比率也從此不斷下跌,其中一個原因是風機會老化,隨著年齡增長,它們的功率會逐漸下降,這也是風電的成本比煤和核電高的原因之一。

另外,如上所言,風力也是間歇性能源,丹麥也會面對德國同樣的問題。因此,就算沒有上述的成本、功率衰退和社區減產,丹麥大約1/3的電力依然是來自燃煤,風力衹能提供另外的1/3,其餘的就要靠入口,其中有10%是核能。它可以這樣做,是因爲它同爲歐洲兩大電網的一部分,它可以依賴挪威和瑞典的水力、德國的煤和核電去填補它的基載缺口。換句話說,它衹是爲用電力缺口去避免風力過多的問題,在將基載發電這個任務交給他人。如果我們要用丹麥作爲一個單獨的個體去衡量它的風力政策成功與否,我們可以説它衹是一場頗爲成功的數字遊戲。

說回臺灣和香港的能源政策,它們缺少北海的風力和足夠的土地去發展太陽能,再生能源根本連想都不用想。但德國跟丹麥的例子依然能給我們一個很重要的啓示:如果臺灣和香港要嘗試發展和實驗再生能源,它們必須加入中國的電網,讓中國的核電提供基載。當然,如真的這樣做,再生能源的支持者就衹能拿一組沒有意義的數字去炫耀一番,真正在減排和爲大衆提供所需電力的,依然是他們所深痛惡絕的核電。

如果說不能連接中國電網又要同時使用再生能源,這就衹能說是一場夢囈,連被人認真批評也沒有資格。

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