能源背後的根本問題

Solar panel
在香港的太陽能板 (圖片: Wikipedia user - Wpcpey)

日本核電專家 Dr Lou Sai LEONG

現況

全球各種的能源技術百花齊放,公眾有許多的意見和討論。化石燃料(煤,石油或天然氣)產生大量的污染和加劇全球暖化的二氧化碳;可再生能源雖是無限的資源及排放極少的溫室氣體,但受制於氣象,難以持續供電;核能可生產大量電源且沒有排放二氧化碳的問題,但公眾對其安全問題極為關注。科學家和政府對個別能源開發有各自的觀點和既得利益。然而,要能源可持續地發展,不僅是在於不同技術的開發程度,而且還受生產效率的限制。

到目前為止,還沒有系統能夠儲存大量電力。因此,理論上,生產多少電,就得消秏多少電。其實,我們需要根據個別國家和技術來管理與控制產量與消耗。相對於產電,我們可以將能源轉換,下一段我們會詳細地解釋。

Coal power plant
德國燃煤發電廠(圖片: Wikimedia Commons)

挑戰

為什麼能源生產的效率很重要?

電力的需求在一天中變化很大。一般在上午8時大幅增加,維持至晚上8時;其間,下午6時半左右需求會升到最高。晚上的消耗與白天相比會下降約30%。因此,問題是,對於一天裏的需求變化,發電廠是否能夠根據不同的能量消耗提供穩定的供電?

其實,化石燃料發電站反應很快,可以立即停止或減少生產。如果百分之百的電力通過化石燃料生產,我們根本不需要擔心電能儲備,因為生產和消耗可以同步進行。但由於化石燃料對全球暖化的威脅,我們絶對需要開發另類的發電技術。

核電廠可為人類提供非常龐大的能源。即使全世界都用上核電,現有的資源應可持續數百至數千年(取決於反應堆的類型)。事實上,核能的生產非常穩定,即使核電廠不能像化石燃料電廠那樣在短時間內完全停止,在低電力需求期間生產率可以降低至少於百分之四十。但由於安全原因,大多數公眾反對長遠發展核能。

可再生能源以安全的天然資源發電,且不產生二氧化碳:如太陽能,風力,水力和波浪能等。全球可再生能源應用自過去十年以來一直有所上升,太陽能板、風力發電等技術已經有了很大的提升。在歐洲和美國已經開始了幾個大型可再生能源發電項目。有些人認為我們應該建造更多這類發電廠,然而,開發這些技術的關鍵所針對於如何儲存電力。

沒有地方的風勢可以一星期七天廿四小時不間斷的推動風車;也不會有全年不絶的普照陽光;河流即使全年流動,也不會保持四季水位不變。即使用電量不同國家,在地理上有間隔,氣候也普遍相差不遠: 例如,德國風勢趨弱,西班牙也會一樣(陽光是同樣道理),因此各地互相交換資源的能力非常有限;另外,不少國家難以水力發電。,因為可再生能源發電不能保證電力的穩定供應,而發電廠無法在全力生產時儲存電力,以應付高峰期的需要,這種間歇性的產能難以獲廣泛支持,來推動技術發展。

在現實情況中,最好替代方式是以多源產能,而同時以更有效的方法生產和管理能源。

Nuclear power plant
美國的核電廠 (圖片: Tennessee Valley Authority)

智能能源的未來

如上所述,現今沒有大型系統能夠儲備大量能量,但是我們可以將能源轉換成其他資源,像水力。舉個例子,在法國,80%的電力來自核能,其他來自化石燃料(5%)或可再生能源(主要是水力和少量風力)。由於只有少於20%的電力來自可再生能源,而核能生產穩定,與化石燃料相當,電力需求的變化對供電影響不大。晚上,電力需求大大減少,儘管在同一天的高峰和低峰之間的能量消耗有30%的差異上,核電廠可應付多於40%的落差。額外的電量也可出售予瑞士,以保持其水力發電壩的水位。

在德國,由於其特殊的地理位置,有50%的電力是用可再生能源生產。而因政治因素關閉核電站後,德國另一半的能源需以燃煤取代。結果,二氧化碳排放增加,在電力短缺時,需從瑞士進口水力電源作為清潔能源。

總之,使用可再生能源需要大量的國家資源。歐洲的技術雖然非常先進,但受地理(河流,風力或陽光)和地勢的限制,單一個國家難以發展多種類型的電力,未能像擁有大面積土地的中國和美國,興建多種的發電站以應付不同需求。

還有一點,是很難決定每個國家最佳的長遠發展策略,如何有效地管理資源是未來發展的關鍵。 未來,我們應該研究更有效能源生產技術。而首先,我們現在就應該節省日常的電力使用。

作者簡介

作者畢業於法國南巴黎大學,修讀原子物理學;現於日本擔任核電工程分析專家。