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每天，人類要消耗一百萬(wàn)太焦以上的能量。這大致相當(dāng)于75億人每天24小時(shí)、每小時(shí)燒開70壺水，或者是全球最大的核電站之一，亞利桑那州（Arizona）帕洛維德（Palo Verde）核電站，在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下日發(fā)電量的3000倍。

隨著地球人口的膨脹和發(fā)展中國(guó)家的工業(yè)化，人類對(duì)能源的需求達(dá)到了前所未有的水平。我們一半以上的能源來自從地殼深處提取的化石燃料。據(jù)估計(jì)，自從19世紀(jì)50年代出現(xiàn)商業(yè)石油鉆探以來，我們已經(jīng)開采超過1350億噸的原油來驅(qū)動(dòng)我們的汽車，為我們的發(fā)電站提供燃料和為房屋供暖。這個(gè)數(shù)字每天都在增加。

但是，過去兩個(gè)世紀(jì)以來，我們對(duì)能源的巨大消耗已經(jīng)給地球造成了巨大隱患。煤、石油和天然氣的燃燒與地球大氣層溫室氣體排放量的不斷上升之間存在密不可分的關(guān)系。它們是氣候變化的首要原因。全球科學(xué)家們一致認(rèn)為，我們正在走向?yàn)?zāi)難，只有戒除對(duì)化石燃料的依賴才能阻止災(zāi)難的發(fā)生。但這又會(huì)造成另一個(gè)問題：如何確保燈光不滅？

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世界能源理事會(huì)（World Energy Council）最近的一份報(bào)告認(rèn)為，能源行業(yè)正面臨長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的轉(zhuǎn)型。然而，正在發(fā)生的變化的影響更為深遠(yuǎn)，它關(guān)系到政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面的重大問題，也可能要求我們每個(gè)人對(duì)自己的行為作出一些根本性的轉(zhuǎn)變。

毫無疑問，改變我們獲得能源的來源是地球目前面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。BBC Future Now近日與專家小組討論了我們現(xiàn)在必須克服哪些障礙以及哪些技術(shù)有可能提供答案。

訪談中科學(xué)家、政策專家和公司提出的最大的問題可能是如何應(yīng)對(duì)在未來幾十年即將飛速增加的預(yù)期能源需求。

英國(guó)能源研究中心（UK Energy Research Centre）主任吉姆·沃森（Jim Watson）解釋說：'世界上還有很多人——12億左右——尚未獲得現(xiàn)代能源服務(wù)。亞洲、拉丁美洲和非洲部分地區(qū)的需求將會(huì)出現(xiàn)很大的增長(zhǎng)。'

世界上目前仍有大約30億人用簡(jiǎn)單的爐灶或燃燒木材、動(dòng)物糞便或煤炭來烹飪和為房屋供暖。隨著發(fā)展中國(guó)家工業(yè)化程度的加深，它們將需要獲得可靠的電力供應(yīng)。在已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期的國(guó)家，隨著財(cái)富的增加，中產(chǎn)階級(jí)的擴(kuò)大以及相應(yīng)地生活方式也將導(dǎo)致能源消耗的增加。

伯明翰大學(xué)伯明翰能源研究所（Birmingham Energy Institute）所長(zhǎng)馬丁·弗里爾（Martin Freer）說：'在全球范圍內(nèi)，能源領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)將是制冷。隨著印度和中國(guó)中產(chǎn)階級(jí)人口的增長(zhǎng)，空調(diào)的需求將會(huì)相應(yīng)增加。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（United Nations' Intergovernmental Panel on Climate Change）表示，到本世紀(jì)中葉，對(duì)制冷的需求將超過供暖需求。'事實(shí)上，據(jù)估計(jì)，到2040年世界能源消費(fèi)將增加近50 ％。

但面對(duì)全球二氧化碳減排協(xié)議，我們?nèi)绾文軌驖M足這一日益增長(zhǎng)的需求，并且與此同時(shí)不讓冰蓋消失，不讓低洼地區(qū)沉入海平面以下呢？

事實(shí)上，世界的景象未必會(huì)變的那么糟糕。世界上的初級(jí)能源供應(yīng)已經(jīng)有五分之一來自風(fēng)能、太陽(yáng)能、水電和地?zé)岬瓤稍偕茉?。預(yù)計(jì)到2040年，這一領(lǐng)域?qū)⒈３置磕?.6％的增長(zhǎng)率。

直到最近，可再生能源的主要來源是水力發(fā)電，而增長(zhǎng)最快的是風(fēng)力發(fā)電。但是隨著太陽(yáng)能電池板技術(shù)取得了新的進(jìn)展，即使在陰天的條件下它們也能夠發(fā)電，所以太陽(yáng)能發(fā)電量出現(xiàn)激增。

以英國(guó)為例，過去12個(gè)月，太陽(yáng)能已經(jīng)為電網(wǎng)增加了12吉瓦以上的電能——相當(dāng)于一座完整的燃煤發(fā)電站。全球太陽(yáng)能發(fā)電量去年增長(zhǎng)了50％。許多國(guó)家的研究人員正在研究可以印刷在柔性薄片上的新型光伏電池，從而進(jìn)一步降低太陽(yáng)能的成本。

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不過，將這些新能源生產(chǎn)商接入現(xiàn)有的電網(wǎng)并不簡(jiǎn)單。

沃森說：'部署像風(fēng)能和太陽(yáng)能這種間歇性可再生能源的巨大挑戰(zhàn)之一是它對(duì)電網(wǎng)的影響。' 在許多西方國(guó)家，為家庭和辦公室供電的電網(wǎng)已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，它的目標(biāo)是提供穩(wěn)定、可靠的電能。然而，風(fēng)能和太陽(yáng)能非常依賴于天氣 — 對(duì)太陽(yáng)能來說，還與一天的時(shí)段有關(guān) — 這意味著在需求高峰時(shí)，它們并不一定能提供大部分電力。

沃森解釋說：'以往的情況是，對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商來說夏天比冬天要平穩(wěn)的多。現(xiàn)在，雖然夏季的用電需求低，但是太陽(yáng)能帶來了發(fā)電高峰。為此他們不得不進(jìn)行平衡，因?yàn)槟壳斑€不能大量存儲(chǔ)電力。這對(duì)他們來說是一種新的運(yùn)營(yíng)方式。'

大多數(shù)國(guó)家的解決方法是儲(chǔ)備更多可靠的能源。這就意味著核能、天然氣甚至燃煤發(fā)電站都處于空閑狀態(tài)或低位運(yùn)行狀態(tài)，但如果風(fēng)力下降或太陽(yáng)落到地平線以下時(shí)，它們可以隨時(shí)可以提高發(fā)電量。

據(jù)麻省理工學(xué)院能源計(jì)劃（Massachusetts Institute of Technology Energy Initiative）總監(jiān)羅伯特·阿姆斯特朗（Robert Armstrong）的說法，這會(huì)限制實(shí)際使用的可再生能源。阿姆斯特朗的模型表明，如果沒有能源儲(chǔ)存，我們使用的電力中只有大約10％可以通過太陽(yáng)能滿足。 '原因是太陽(yáng)能集中在中午時(shí)段，所以你需要在晚上和早上時(shí)段的發(fā)電設(shè)施以滿足用電需求。此外還有關(guān)于誰(shuí)來建造和由誰(shuí)支買單的問題。'

一個(gè)解決辦法是，擴(kuò)大電網(wǎng)的配電范圍 — 創(chuàng)建所謂的'超級(jí)電網(wǎng)'。其基本思路是，如果能源在更廣泛的地區(qū)分享，那么電網(wǎng)中某一個(gè)地區(qū)被太陽(yáng)照耀或刮風(fēng)的可能性會(huì)增加。

這些方案設(shè)想將幾個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)連接在一起，以便在各國(guó)之間共享電力。近幾十年，歐洲和和美國(guó)都討論了超級(jí)電網(wǎng)的提議。

最近甚至有人呼吁建立全球電網(wǎng)，這個(gè)想法得到了中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的支持，為此中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)成立了全球能源互聯(lián)發(fā)展與合作組織（Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization）。

一些國(guó)家在這方面已經(jīng)開始行動(dòng)。英國(guó)正在與法國(guó)、比利時(shí)、丹麥、愛爾蘭和挪威等地的電網(wǎng)建立新的水下電力連接，能夠進(jìn)出口11吉瓦的電力。在亞洲，日本、俄羅斯、中國(guó)、蒙古和韓國(guó)也正在朝著建立超級(jí)電網(wǎng)的方向發(fā)展。

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利用鄰國(guó)的過剩電力可能有助于降低新能源項(xiàng)目的建設(shè)成本。例如，蒙古的戈壁和中國(guó)北部地區(qū)計(jì)劃開發(fā)大型風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電站。這些地區(qū)人口稀少，出口多余能源可以帶來巨額收入。

斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所能源系統(tǒng)中心主任雅努什·比亞萊克（Janusz Bialek）說：'問題是建造這樣的電網(wǎng)的成本。' 遠(yuǎn)距離傳輸電能的效率低下，許多國(guó)家需要升級(jí)電線才能應(yīng)對(duì)這一問題。

'還有政治考慮。'比亞萊克說， '全球電網(wǎng)一旦故障或遭遇襲擊都可能會(huì)對(duì)許多國(guó)家的供電安全造成嚴(yán)重威脅。'

這是重要的一點(diǎn)。能源安全已成為地緣政治格局的主要?jiǎng)恿Α碛写罅渴蛢?chǔ)備的國(guó)家可以在很大程度上決定全球政策。像沙特阿拉伯這樣的國(guó)家之所以贏得了像美國(guó)這樣強(qiáng)大的盟友，正是因?yàn)樗麄兊耐恋叵旅媛癫刂诮稹?/p>

俄羅斯近年來也利用其化石燃料資源來展示國(guó)力。它停止了對(duì)烏克蘭和歐洲多個(gè)國(guó)家供應(yīng)天然氣，原因是價(jià)格和債務(wù)糾紛。歐盟消費(fèi)的天然氣近四分之一來自俄羅斯。

然而，隨著各國(guó)越來越依賴可再生能源，傳統(tǒng)能源的權(quán)力斗爭(zhēng)也發(fā)生了變化。世界上最大的石油生產(chǎn)國(guó)是沙特阿拉伯、美國(guó)和俄羅斯。相比之下，目前最大的太陽(yáng)能生產(chǎn)商是中國(guó)、德國(guó)和日本；而美國(guó)、中國(guó)和德國(guó)是世界風(fēng)能領(lǐng)導(dǎo)者。

沃森說：'隨著新技術(shù)的發(fā)展，這將會(huì)改變能源的地緣政治。它會(huì)改變關(guān)系。'

摩洛哥等國(guó)家在廣闊的沙漠地區(qū)建設(shè)巨型太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目，并希望將這一巨大資源出口到其他國(guó)家。這可能導(dǎo)致曾經(jīng)的小國(guó)在全球舞臺(tái)上發(fā)揮更大的作用。如果蒙古在戈壁開發(fā)其巨大的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源，蒙古在世界上的地位就可能發(fā)生改變。

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不過，如果能夠找到一種很好的儲(chǔ)存電力的方式，那么國(guó)家之間對(duì)超級(jí)電網(wǎng)和電力分配交易的需求就會(huì)減少。除了分布廣泛和較低的價(jià)格外，化石燃料與可再生能源相比還有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)——它們非常易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

目前，儲(chǔ)存風(fēng)能或太陽(yáng)能生產(chǎn)的電力還沒有簡(jiǎn)便的方法。諸如電容器和飛輪等技術(shù)可以在幾分鐘或幾小時(shí)的時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存能量。但電網(wǎng)需要微調(diào)。只有在輸入的能量與輸出的能量相同時(shí)，它才能工作。所以供應(yīng)必須符合需求。

許多人仍然在絞盡腦汁，思考該如何應(yīng)對(duì)當(dāng)陽(yáng)光照耀，風(fēng)刮起來時(shí)，電力需求卻很低的情況。抽水蓄能電站可以提供一些解決方案。在英國(guó)，過剩的電力會(huì)把水抽送到蘇格蘭和威爾士的水壩頂部，在那里作為潛在的能量?jī)?chǔ)存。當(dāng)需要時(shí)，釋放水以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。

目前正在北海鋪設(shè)的電纜也將很快幫助將英國(guó)電網(wǎng)接入挪威的大量抽水蓄能水電站。來自風(fēng)能和太陽(yáng)能的過剩電力將被出口到挪威儲(chǔ)存起來，以便在需要時(shí)購(gòu)回。

但建設(shè)新的水力發(fā)電大壩是有爭(zhēng)議的，它對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境極其有害。研究人員正在尋找其他解決方案。一些人正在建設(shè)電池庫(kù)來儲(chǔ)存這種能源，但是目前的電池技術(shù)還不足以有效地儲(chǔ)存大量的能源。

'我的猜測(cè)是，解決方案將以燃料形式出現(xiàn)，'阿姆斯特朗說。 '我們可以把過剩的風(fēng)能和太陽(yáng)能制成燃料，比如分解水產(chǎn)生氫氣。我們還可以利用過剩的能量減少二氧化碳，把它和氫氣合成來制造合成烴。'

目前世界上有一些小規(guī)模項(xiàng)目正在進(jìn)行嘗試。例如，蘇格蘭阿伯?。ˋberdeen）的公交車上正在運(yùn)行世界上最大的氫燃料電池示范項(xiàng)目。可再生能源用于生成氫氣，為城市里10輛公交車提供動(dòng)力。

這也可以解決許多寒冷氣候國(guó)家面臨的另一個(gè)緊迫問題——如何保持溫暖。沃森補(bǔ)充說：'像英國(guó)這樣的國(guó)家面臨的主要挑戰(zhàn)之一是如何讓供暖更具可持續(xù)性。這些國(guó)家仍在使用化石燃料進(jìn)行供熱。這可能需要持續(xù)數(shù)月的燃料儲(chǔ)備。這是可以產(chǎn)生創(chuàng)新的成熟領(lǐng)域，我們?cè)诓渴鸷蜏y(cè)試一些可能的解決方案方面僅僅只是一個(gè)開端而已。'

包括英國(guó)在內(nèi)的北歐大部分國(guó)家都使用天然氣來為房屋供暖。英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)（?National Grid）電網(wǎng)發(fā)展負(fù)責(zé)人朱利安·萊斯利（Julian Leslie）表示：如果英國(guó)放棄天然氣和電力供暖，那么電網(wǎng)的容量將需要在一夜間提高四到五倍。

'那將是非常昂貴的，'他說，'所需的電線和發(fā)電機(jī)的規(guī)劃會(huì)很難獲得批準(zhǔn)。天然氣的未來非常光明，我們可以通過生產(chǎn)氫氣或沼氣并將其注入天然氣網(wǎng)絡(luò)，從而讓天然氣大幅脫碳。我們需要探索更多的替代品，幫助天然氣進(jìn)一步脫碳。

沼氣和生物燃料通常被視為化石燃料最可行的替代品之一，像英國(guó)石油公司（BP）這樣的公司正在投入大量資金開發(fā)生產(chǎn)線。然而燃燒這些燃料并不會(huì)阻止溫室氣體釋放到大氣中。隨著世界許多地方頁(yè)巖油和天然氣的加速開采，我們有可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)依賴化石燃料。

'到2050年，我們?nèi)詫幕剂现蝎@得75％的能源，'阿姆斯特朗說，'我們的一個(gè)關(guān)鍵問題是通過何種辦法減少這些能源帶來的二氧化碳排放量。這將需要碳的收集、儲(chǔ)存和利用。降低碳收集的成本可能是最艱難的一部分，但是我們還需要弄清楚如何在地質(zhì)時(shí)間的尺度上存儲(chǔ)碳。'

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碳收集是從煙囪排出的煙氣中分離出二氧化碳?xì)怏w。通常，它需要使用昂貴的化學(xué)物質(zhì)來結(jié)合二氧化碳，并且需要更換發(fā)電廠的管道，以便在洗碳的同時(shí)加熱帶有碳的混合物。但是研究者也在開發(fā)一些利用金屬離子的新方法，以避免加熱化學(xué)混合物的需要。

有些人認(rèn)為可再生能源面臨的問題可以用更直接的方式來克服，比如更加密切地監(jiān)測(cè)單個(gè)家庭的能源消耗。到2020年，歐盟計(jì)劃在居民家中安裝5億個(gè)智能電表來監(jiān)測(cè)能源消耗。

關(guān)于需求的精確到分鐘的詳細(xì)信息應(yīng)該有助于電力公司更好地管理電網(wǎng)。蘇格蘭愛丁堡赫里瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）智能電網(wǎng)講師瓦蘭廷·羅布（Valentin Robu）說：'人工智能對(duì)于分析整個(gè)電網(wǎng)中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)和采取實(shí)時(shí)控制決策至關(guān)重要?！?/p>

它也可能導(dǎo)致我們消費(fèi)技術(shù)的方式發(fā)生根本性變化。萊斯利說：'一種離我們并不遙遠(yuǎn)的未來是，我要求能源公司提供最便宜的電價(jià)，而他們給我發(fā)來一些連接到我的無線網(wǎng)絡(luò)的插頭。這意味著你不再能控制洗碗機(jī)或洗衣機(jī)了。'

相反，這意味著我們的能源公司將控制我們的家用電器運(yùn)行。當(dāng)天氣晴朗，太陽(yáng)能充足或用電需求較低的時(shí)候，他們能夠打開家電。

這種做法將意味著對(duì)過去一個(gè)世紀(jì)以來'按需供電'的能源消耗方式的根本性轉(zhuǎn)變。相反，我們的冰箱何時(shí)進(jìn)行冷卻循環(huán)或電器在何時(shí)打開可能要根據(jù)天氣的變化或一天中的時(shí)間來確定。例如，洗碗機(jī)可能會(huì)在白天我們工作的時(shí)候運(yùn)行，而不是在晚上。

萊斯利說：'多年來，我們根據(jù)自己喜好的時(shí)間消耗能源，并支付統(tǒng)一的價(jià)格。我們將不得不開始根據(jù)能源的供應(yīng)時(shí)間改變我們的用電習(xí)慣，而不是改變能源生產(chǎn)以適應(yīng)我們的使用需求。'