加州的潔淨能源大夢:2030年,50%總電力以再生能源生產

加州的潔淨能源大夢:2030年,50%總電力以再生能源生產
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能源產業中的再生能源占有率一旦提升,電動車的能源來源將逐漸由潔淨能源取代。此外,電動車車主也將能輸出汽車電池的電力給電網,而少付一點電費。電網會愈來愈潔淨、愈來愈緊密連結、愈來愈分散。

文:舒卡特(Anne Schukat,自由文字記者,常替《經濟學人》撰寫科學與科技相關文章)

潔淨能源——加州大夢

全球儲存電力的容量,比起製造電力的容量,顯得非常小,但未來幾十年,這種局面將產生變化。

加州接下了一項任務,目標是2030年時,50%的總電力將以再生能源製造。因此,加州三家由投資人持有的大型公用事業,必須在2020年為電網增加十三億瓦(1.3 GW)的儲能。南加州愛迪生公司(SCE)是其中一家大型公用事業,供應電力給洛杉磯及鄰近地區的一千四百萬居民,目前已經存有二億六千一百萬瓦(261 MW)的儲能。美國獨立電力供應巨擘AES旗下的AES能源儲存公司,正在為其事業體裝設一座一億瓦(100 MW)的大型鋰離子電池系統,裝妥後將能快速並彈性供應長達四小時的電力。SCE也正與矽谷的智慧電網軟體公司Stem合作,該公司結合了智慧軟體與模組化的小型鋰離子電池儲存系統,以利減少公司的電力成本,並支援電網。目標是十年間替約一千名客戶端,裝設總計八千五百萬瓦(85 MW)的分散式儲存設備。

孟加尼(Ravi Manghani)是美國GTM產業研究顧問公司能源儲存領域的資深分析師,他指出:到了2020年,大部分的新式儲能設備將廣布各地,並部署在需求端(即電表後端),而且不是只設置在企業,而是家家戶戶。

德國大型電力供應商萊茵集團(RWE)的能源儲存專家梅茨格(Christian Metzger),也提出相同的預測。他認為,接下來幾十年,分散式儲能設備將遍布德國各地,且容量加總起來會大到足以滿足電網需求,因此昂貴的大規模儲能建置計畫,會顯得沒有必要。要到2050年以後,再生能源可以供應德國80%以上的電力,長期的儲能設備才有存在的必要。

美國市場顧問機構Navigant指出,目前全球新型儲能系統皆以鋰離子電池為主,2015年占已部署的儲能總容量85%以上。以電動車起家的加州車廠特斯拉(Tesla),正與電池供應商松下電器(Panasonic),在內華達州投資五十億美元,建造超級電池廠(Gigafactory),以滿足旗下電動車節節上升的需求;另外,也為了家庭與企業的需求,分別打造名為Powerwall與Powerpack的模組化儲能系統。LG化學及三星(Samsung)等鋰離子電池的大型製造商,也正在逐步提高生產力。

透過規模經濟、垂直整合和其他提升效率的措施,這些公司應能大幅降低電池組的製造成本。根據彭博新能源財經的報導,電動車的電池組供電成本,目前每度350美元,到了2030年應能降到120美元以下。在沒有任何補助的情況下,這樣的低價位將能造就電動車和傳統汽車較勁的局面。彭博新能源財經的報導也指出,到了2040年,全球新車的銷售量有35%,應該都是電動車與插電式混合動力汽車。

能源產業中的再生能源占有率一旦提升,電動車的能源來源將逐漸由潔淨能源取代。此外,電動車車主也將能輸出汽車電池的電力給電網,而少付一點電費。電網會愈來愈潔淨、愈來愈緊密連結、愈來愈分散。未來住家客戶及商業客戶不僅能自行將能源儲存在電池裡,也能販售多餘能源給其他用戶。

核能的「美麗與哀愁」

雖然再生能源及相關技術從現在到2050年間,會帶來劇烈的變革,其他能源技術也仍然會持續演進。核能和再生能源一樣,都能在不釋放溫室氣體的情況下發電。核分裂是一種核反應,指的是像鈾這種較重的原子核分裂成較輕的原子核,在此過程中產生能量。第一座核能發電廠在1950年代開始運轉,目前全球有四百四十五座核反應器,占全球發電量的11%。根據國際能源署的預估,到目前為止,以目前二氧化碳排放的速率計算,核能發電量等於讓二氧化碳少排放將近兩年的量。

2011年日本東北地方太平洋近海大地震,引發海嘯,重創了福島核電廠。雖然輻射洩漏事故並未造成任何人喪命,當地政府仍疏散了十五萬居民。民眾不僅擔心未來會發生更多事故,也對放射性廢料的處理有所疑慮,因而新核電廠的興建困難重重,尤其西方民主國家多有反對聲浪。

目前六十三座正在興建的核反應器,分布在中國、印度及俄羅斯,這些國家的法律規範較少,興建成本因而較低。將近二百座面臨老化危機的核反應器,大多坐落在美國、歐洲、俄羅斯、日本,應該再過十幾年就會退役。因此,國際能源署預估核能發電在全球總發電量的占比,只會增加一些,也有可能不會增加。

另一種核能發電方式是核融合,可能會提供更安全、且接近無限量的能量,不會產生放射性強的核廢料,也不會遭受爐心熔毀的威脅。核融合反應是太陽與恆星發光發熱的主要能量來源,是指在極度高溫高壓的環境中,將兩個很輕的原子核(例如氫)對撞後,產生出一個較重的原子(例如氦),並在過程中釋放巨大的能量。自1950年代起,核能強國就挹注了幾十億美元開發核融合技術,當時的科學家也預測,二十年內就能打造出可順利運轉的核融合反應器。但是在地球上複製核融合反應,比原本預期的還要困難,當時的預測如今成了可以說上好幾年的笑話,目標完成日永遠都是二、三十年以後。

目前全球規模最大、目標也最遠大的國際合資計畫為「國際熱核融合實驗反應器」(International Thermonuclear Experimental Reactor,縮寫為ITER,在拉丁文中意指「道路」),近期也陷入停擺之中。原本這座設在法國的大型反應器預計在2016年啟動,但預算已超標幾十億,進度也落後好幾年,依目前情況來看,還要差不多十年,才有可能正式運轉。儘管目標難以企及,此領域的科學家仍對ITER寄予厚望。

要實現核融合,必須打造出一座製造的能量比消耗的能量還要多好幾倍的反應器。只是目前還有很長一段路要走。根據1997年的世界紀錄,核融合產出的電力為一千六百萬瓦(16 MW),但輸入的電力卻高達二千四百萬瓦(24 MW)。

一些私人企業也開始著手投入核融合工程,他們認為自己能以更低的成本更快實現目標。每間公司都提出不同的解決方案,處理最基本的問題,亦即:如何在極高溫下控制與維持燃料粒子(電漿),以利促進核融合反應。加州的TAE科技公司(前身為Tri Alpha能源公司)吸引了幾億資金挹注,微軟共同創辦人艾倫(Paul Allen)也出手資助。他們的計畫是在極高溫環境中,利用高能量的粒子束來圍束電漿。其他公司也陸續取得知名投資人挹注的資金,例如加拿大的通用融合(General Fusion)公司,就獲得亞馬遜執行長貝佐斯的青睞,西雅圖附近的氦核能源(Helion Energy)公司,則是獲得PayPal共同創辦人提爾的加持。

通用融合公司利用活塞裝置來壓縮並加熱燃料粒子,而氦核能源公司則是選擇利用脈衝磁場。這些公司的共同特色是,他們都相信核融合能夠在五年到十年內實現。對此,有些專家卻不以為然。英國科楞核融合中心(CCFE)主任考利(Steven Cowley)表示:「喊出這樣的口號,只會讓我們的信用大打折扣。」他認為商用核融合反應器仍需三、四十年,才可能成真。

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書籍介紹

本文摘錄自《巨科技:解碼未來三十年的科技社會大趨勢》,天下文化出版
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編者:富蘭克林(Daniel Franklin)
譯者:何承恩、李穎琦、張嘉倫

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巨科技
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責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航