大规模提高可再生能源比例需要全球协作应对三大挑战
贺克斌 国合会委员,清华大学碳中和研究院院长,清华大学环境学院教授,中国工程院院士
各种分析表明,2060年将有10倍左右的风电装机和15-20倍左右的太阳能装机增加,电力系统本身可以调节10%以内的可再生能源,但如果接入中高比例可再生能源意味着系统面临更大挑战,需要有更强大的调节能力。因此要大规模提高可再生能源的比例,当前全球面临三点共同挑战:
第一个挑战是可再生能源间歇性与不稳定性对电力系统带来的核心挑战。虽然风光资源丰富,但现有风光的配套措施技术尚不成熟,即风光互补技术及“风光+”的储能技术、氢能技术。我们通过研究过去四十年全球四十个主要经济体的风光时空分布情况,发现欧盟、中国和美国等地域较大的经济体,利用好风光互补优势、优化风光规划并搭建配套储能,可以经济地解决风光发电不稳定性的问题。但对于较小地域的经济体,即使投入跨国的长时储能,仍然有将近2000小时的缺电风险。因此需要国家和地区间的协作,充分利用风光资源在时空利用上的互补性。
第二个挑战是保障新能源产业链供应的关键材料的开发、生产与回收循环利用。为支撑未来大规模倍增的光伏风电装机,其设备建造所需要的稀土元素、稀有金属也要成倍增加。根据国际上的最新估算,如果按照实现1.5℃温控目标需要建造的光伏设备,到2050年所产生的工业固体废弃物量相当于2019年全球电子废弃物的10倍。支撑建造每一辆电动车的原材料需要元素周期表里将近一半的元素,其中用量超过1公斤的就有7种,还有4种污染毒性较大。因此全球需要共同合作,构建全球化的新能源产业供应链与回收链。
第三个挑战是气候变化加速减少风光发电的可靠性。全球气候变暖进程带来风速、辐射量及降水等气象因素在时间与空间上的变动性,影响现有规划下的风光发电效率及布局战略。气候变化下极端天气事件的增加,更是影响风光发电的不稳定性与机组寿命,比如台风飓风天气带来的风电停运或机组的损坏、极端高温天气造成光伏组件效率的下降等。因此需要全球共同努力,提升风光技术对极端天气的应对,规划风光发展战略,共同完善高比例可再生能源下的电力系统。