彭博(Bloomberg)于 2015 年 10 月稱,替代能源與節(jié)能科技發(fā)威,全球?qū)⒉饺腚娏Ω蛔隳甏?016 年 2 月更進(jìn)一步稱,電動車將造成下個石油崩跌危機,甚至指出石化燃料會愈來愈不重要、再生能源價格會持續(xù)下降、人類的能源不再是問題?但這些可能成真嗎?
原文中有許多樂觀的預(yù)測,包括:石化燃料生產(chǎn)成本低,原油價格將為每桶 50 美元而非 90 美元、10 年內(nèi)太陽能的價格就能和石化燃料競爭、電動車將讓石油走上末路。最后的結(jié)論是:科技不斷創(chuàng)新,未來有望步入“電力富足年代”,電動車會造成下一次油價崩跌。
?
不過真會如此順利嗎?就現(xiàn)實的技術(shù)面來考量,可能未必。因為再生能源發(fā)展最大的困難在于成本太高、穩(wěn)定度太低,目前都必須依靠政策補貼,否則難在市場中競爭,依照目前的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況,恐怕未來 10 年仍然難以改變,以下分別從技術(shù)觀點把目前市場上最被看好的幾種再生能源做簡單的介紹分析,并簡述其取代傳統(tǒng)能源的困難點。
?
太陽電池與組件:價格已經(jīng)接近成本價,難有大幅下降空間
?
太陽電池是目前最成熟的再生能源,上中下游已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,其中單晶硅片能量轉(zhuǎn)換效率較高,但是長單晶的成本也高;多晶硅薄片能量轉(zhuǎn)換效率有待提升,成本仍然不夠低;非晶硅薄膜能量轉(zhuǎn)換效率太低,許多廠商開發(fā)多年仍然沒有進(jìn)展,甚至有的已經(jīng)倒閉。
?
因此說“10 年之內(nèi),太陽能的價格就能和石化燃料競爭”恐怕是不可能的事,目前的太陽電池與組件價格已經(jīng)接近成本價,再降就得虧錢賣,即使廠商愿意流血殺價競爭,一個虧錢賣的產(chǎn)業(yè)能支持多久呢?未來太陽能價格的確有機會和石化燃料競爭,但原因不是太陽能價格下跌,而是石化燃料價格上漲。
?
生質(zhì)能:成本過高,更會影響糧食供應(yīng)
?
“生質(zhì)能(Biomass energy)”是指利用生物所產(chǎn)生的有機物質(zhì),來轉(zhuǎn)換成可以利用的電能或熱能,目前主要是以動物或植物所提煉出來的油脂,經(jīng)由轉(zhuǎn)脂化反應(yīng)產(chǎn)生的“生質(zhì)柴油(Biodiesel)”,麻瘋樹果實提煉的生質(zhì)柴油是目前被業(yè)界認(rèn)為最可行的方法之一。
?
此外,以植物(醣類)經(jīng)由微生物發(fā)酵反應(yīng)產(chǎn)生的“生質(zhì)酒精(Bioethanol)”,玉米與甘蔗提煉的生質(zhì)酒精是目前被業(yè)界認(rèn)為最可行的方法之一,但是這些生質(zhì)能的價格仍然遠(yuǎn)高于石化燃料,而且一旦大量使用一定會影響到糧食供應(yīng),所以有人說:生質(zhì)能是搶窮人的糧食做為富人的燃料(對生質(zhì)能的原理有興趣的人可以參考這里)。
?
鋰電池:成熟商品,但充電是個大問題
?
可移動的能源除了生質(zhì)能,使用鋰電池是目前被認(rèn)為最可行的方法,由于鋰電池的能量密度夠高,因此才有美國 Tesla 公司設(shè)計與制造的電動汽車與臺灣 Gogoro 公司設(shè)計與制造的電動機車。
?
鋰電池如何充電是個大問題,因為電動汽車的電池重達(dá) 200 公斤,很難由使用者如 Gogoro 機車那樣自行更換充電,只能以定點充電的方式進(jìn)行,即使目前的規(guī)格要求在 1 小時內(nèi)完成充電,使用者是否能在加“電”站等 1 小時卻是個問題。
?
如果必須把車開回家在停車場充電,最大的問題是目前的電力基礎(chǔ)建設(shè)不足,假設(shè)大樓停車場有 100 個停車位,每個都設(shè)置插座,當(dāng) 100 輛電動車同時充電時,大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流,整個電力基礎(chǔ)建設(shè),包括變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設(shè)計才能達(dá)成,聽起來就不是短期內(nèi)可以做到的事,就更別說這些電還是來自發(fā)電廠,結(jié)局還是要用火力、核能、水力發(fā)電來提供電力的。
?
氫能與燃料電池:終極環(huán)保的再生能源?氫氣來源是個大問題
?
傳統(tǒng)電池直接使用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量,優(yōu)點是能量轉(zhuǎn)換效率很高(80% 以上),但充電需要比較長的時間;而使用燃料以內(nèi)燃機(汽車引擊)進(jìn)行燃燒反應(yīng)產(chǎn)生能量,優(yōu)點是可以直接補充燃料,但使用內(nèi)燃機的能量轉(zhuǎn)換效率很低(30% 以下),科學(xué)家開始思考,有沒有一種方法同時具有“電池”與“燃料”的優(yōu)點呢?于是燃料電池就此誕生了。
?
燃料電池和傳統(tǒng)電池的原理相同,都是將活性物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能,但是傳統(tǒng)電池的電極本身是活性物質(zhì),會參與化學(xué)反應(yīng);而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已,并不會參與化學(xué)反應(yīng)(觸媒只用來引發(fā)化學(xué)反應(yīng)),必須將活性物質(zhì)(氫氣或含氫原子的化合物)加入電池內(nèi)(就好像我們的汽車補充燃料一樣),才能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成電能,是一種要補充燃料的電池,故稱為“燃料電池(Fuel cell)”。
?
燃料電池使用氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生水,反應(yīng)后排放的氮化物或硫化物極少,幾乎沒有任何污染,因此被視為終極環(huán)保的再生能源,但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料,卻成為最大的問題。
?
高壓儲氫技術(shù)如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題;因此有國外公司開發(fā)出可以承受 700 大氣壓的航太復(fù)合材料儲氫瓶,能取代氫氣鋼瓶;Toyota 公司更在去年推出氫燃料電池車款 Mirai 創(chuàng)下單次加滿氫氣可行駛 500 公里的紀(jì)錄,已經(jīng)是成功的商品了,那么它的問題到底在那里呢?
?
?
?
首先車上放了一個壓力這么大的儲氫瓶是否安全是個問題,氫氣的來源則是更大的問題,大家都知道電解水可以產(chǎn)生氫氣與氧氣,問題是電解水產(chǎn)生氫氣的成本很高,而且這些電來自發(fā)電廠,結(jié)局還是要用火力、核能、水力發(fā)電來提供電力,為了降于成本目前工業(yè)上主要是將碳?xì)浠衔铮ㄊ停┮浴罢魵庵亟M(Steam reforming)”的方式分解生產(chǎn)氫氣,搞了半天還是要以石油做為原料,這樣石油的價格怎么可能“崩跌”?
?
此外,低壓儲氫技術(shù)的平衡壓力低于 10 大氣壓,安全性比高壓儲氫技術(shù)高,但必須使用貴重或稀有金屬(例如鑭鎳合金)做為儲氫合金,因此成本偏高。如果使用甲醇取代氫氣做為燃料的轉(zhuǎn)換效率很低,觸媒通常含有貴重或稀有金屬,所以價格偏高,依照目前燃料電池發(fā)展的情況,還是以高壓復(fù)合材料儲氫瓶的可行性最高(對燃料電池的原理有興趣的人可以參考這里;對燃料電池的儲氫技術(shù)原理有興趣的人可以參考這里)。
?
目前石化燃料低價在于市場競爭供過于求
?
每次原油價格大跌,市場往往會出現(xiàn)“石油不重要”的言論,2001 年知識經(jīng)濟興起就有“實質(zhì)資產(chǎn)價值將不再,能源對經(jīng)濟的影響轉(zhuǎn)弱”的說法,沒想到接下來油價在人為炒作下一路走高到 2008 年每桶 148 美元,并且成為金融海嘯爆發(fā)的間接原因之一;如今油價跌到每桶 30 美元,立刻又有人提出了“石化燃料生產(chǎn)成本低,全球?qū)⒉饺腚娏Ω蛔隳甏钡恼f法。
?
目前油價偏低是人為操作所造成的,石油輸出國家組織(Organization of Petroleum Exporting Countries,OPEC)為了打擊美國業(yè)巖油產(chǎn)業(yè),不惜殺價競爭,目的就是要以低油價迫使美國業(yè)巖油廠商破產(chǎn)倒閉以搶回石油產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)。
?
若真的美國業(yè)巖油廠商倒光了,OPEC 還會讓石油維持在這么低的價格嗎?因此低油價是短期的現(xiàn)象,或許就是這幾年的時間而已,未來太陽能的價格能和石化燃料競爭,不是因為太陽能價格下跌,而是因為石化燃料價格上漲。
?
人類會繼續(xù)依賴石油,但程度可能緩慢降低
?
目前工程上還沒有出現(xiàn)終極的技術(shù)足以取代石油,因此未來人類仍然繼續(xù)依賴石油或其他可以燃燒的東西(天然氣、煤碳),但是依賴程度可能會隨著環(huán)保意識與新能源技術(shù)的發(fā)展而緩慢減低,要完全取代石油為時尚遠(yuǎn)。
?
結(jié)論
?
第一,石化燃料最近處于低價不是因為生產(chǎn)成本低,而是因為市場競爭供過于求,未來 OPEC 發(fā)動的價格戰(zhàn)結(jié)束,油價就會回到 50 美元以上,再長遠(yuǎn)看未來可低價開采的石油儲存量枯竭,原油價格上漲是必然的趨勢,不要說 90 美元,超過 100 美元都是有可能的。
?
第二,2040 年再生能源市場蓬渤發(fā)展是很有可能的,但是要取代石化燃料主導(dǎo)電力供應(yīng)的可能性不高,而且主要不是因為再生能源價格下跌,而是石化燃料價格上漲,當(dāng)油價回到 100 美元以上,再生能原價格就會很有競爭力了。
?
第三,省電科技與各種節(jié)能技術(shù)減少了電力需求是確定的,但這樣就說未來有望步入“電力富足年代”是過于夸大了;電動車或燃料電池汽車的發(fā)展確實可以減少空氣污染與石化燃料的消耗,但是要完全取代石化燃料是不可能的。
?
目前最大的問題在于:電價太便宜造成使用者沒有節(jié)約用電的習(xí)慣,各種價格較高的家庭能源管理系統(tǒng)(Home Energy Management System,HEMS)乏人問津;而電價如果真的大漲又會造成物價波動,受限于選舉與政治因素,要讓電價上漲也是困難重重,“電力富足年代”之說恐怕倍受考驗。
?
?
(本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自《科技新報》─〈再生能源將取代石油、電動車將讓油價再次崩跌?從技術(shù)觀點分析其可能性〉