一场绿色能源大革命在到来

有人称美国能够商业性地开发页岩油资源，满足该国石油需求为能源革命，那我就可以说，目前世界上正在发生的一些事情将会导致一场大的能源革命，并且是绿色的，颠覆性的。

美国Tesla公司的Model 3型平价电动汽车这个月开始量产，这标志了美国中产阶级开始有经济能力购买使用电动汽车。实际上，最近一年来，国际上各大汽车制造商纷纷推出了自己的电动汽车设计和样品，在世界各地展出，特别是在中国。就在一，二星期前，国际著名的，现中国吉利汽车公司拥有的瑞典Volvo汽车制造公司公布将停止投资研发新一代汽车用柴油发动机，把赌注押在了电动汽车上。近年来中国政府作了明智的决定，大力推广使用电动汽车以减轻城市污染问题，这将使中国成为潜在的世界上最大的电动汽车市场，所以引得了国际汽车制造商的青睐有加。

电动车技术其基本是蓄电池技术，它包括单位蓄电容量及充电速度。所以，目前造车成本的一半是蓄电池的价格。美国，西欧，中国等在进行巨额投资建设大型蓄电池生产厂家，蓄电池技术也在不断地向前发展，从发展趋势来看，蓄电池价格将会不断地下降，从而电动车的价格会逐步下降。有内行人士作过估算，再过几年电动汽车的经济性会与液体燃料汽车同等，甚至超过。

电动汽车的使用并不意味着可以自然地降低二氧化碳排放或减轻污染问题。据专业人士分析，汽车用蓄电池的生产需要大量能源，相当于该汽车行驶数万公里所需要的电量。如果说所需电能来自可再生的绿色能源，那就达到了推广使用电动汽车的最终目标。如果全世界的小汽车全部变成电动，那么每年用于行驶的电能估计需要十万亿度（千瓦小时）左右。就中国来说，让我们假设目前小汽车每年燃料消耗相当于三亿吨原油，如果换成电能，则需要约一万多亿度的电量，而中国目前每年电量总消费量为四至五万亿度。如果靠燃煤来生产那一万多亿度的电能，就会加重污染问题和二氧化碳排放。

地球上的水能资源已经得到了相当程度的开发，特别是在工业发达国家。目前来说绿色能源的开发利用指的主要是风能和太阳能。尽管光伏发电技术近十年来得到了快速发展，发电成本在不断下降，但是其供电价格比陆地风电还是高了至少百分之五十以上，在商业上不能与煤电竞争。光伏发电还有一个问题是供电的连续性。因为在大多数区域每年满负荷发电时间为一千小时左右，即满负荷利用率为百分之十二，所以要使光伏发电成为绿色能源的主要来源之一就必须配置昂贵的储能设备，这样又推高了供电价格。陆地风能资源十多年来得到了大规模的开发，现有的设计和生产技术能使风能发电的成本接近，甚至低于煤电。不过其弱点乃在于供电的连续性，一般来说，陆上风能发电的年满负荷发电时间为二千二百五十小时左右，即装机容量的利用率在百分之二十五上下。再则，陆上风能资源地往往远离人口密集的工业化地区。就拿中国为例，其风能资源主要分布在人口稀少的西北和华北地区，尽管以装机容量来算中国是目前世界上最大的风能利用国，然后，弃风现象严重，相当数量的风电机得不到充分利用，关键是电能输送的网络还不完善，需要昂贵的投资。

众所周知，海上风大，连续性好，所以风能资源的质量比陆地上的要好的多，同等装机容量的风电机，放置在海上的年发电量是陆地上的近二倍。利用海上风能发电已有十多年的历史，主要在西欧的英国，丹麦和德国等国家。现有的海上风电技术是固定式，也就是说风电机的塔基座立在海底，缺点是水越深造价越高，所以一般是在水深不超过三十米的海区建造。但是，浅水海域的面积是有限的，往往靠近陆地，下图是欧洲周围海域的水深分布情况，其中黄色区域适合建造固定式海上风电机，然而面积非常有限，另外，在计划建造海上风电场时还要考虑休闲娱乐资源，海上运输，养殖等经济活动，敏感的生态环境和大众接受度等因素。再拿中国来说，中国海域风能特征是离岸越远风能密度越高，冬半年有东北风，夏半年是西南风，但是就海底地形而论，长江口以南的海区不可能规模性地建设基于固定式海上风电技术的风电场，黄海近岸海区虽然有相当的面积可行，可夏半年的西南风风力受陆地阻挡而有限，从而经济效益不会达到所期望的。事实上，离岸三十公里以外的海区有着非常优质的风能资源，只是太深而不适合建造固定式海上风电机。

近二十年前国际上就开始讨论研发浮动式海上风电技术，其目的是能够在深水海区利用那里丰富的风能资源。2009年挪威建造了世界上第一座兆瓦级的浮动式海上风电机，尔后美国与葡萄牙合作也造了一座设置在葡萄牙海域，日本在这些年里已经建造了二座，目前法国正在建造世界上第一座基于钢筋混凝土浮动平台的风电机。世界上第一座浮动式风电场也即将完工，由五座六兆瓦的风电机组成，设置在英国的北海海域。目前来看，这些已建成的风电机的运行验证了设计的可行性。实际上那都是在预料之中，近四十年来在海洋工程技术方面积累的经验和知识已经足够了。现实问题是建造成本。承载风电机的浮动平台（或称浮动塔基）是一个大型海洋结构体，自重数千吨，使用常规技术建造需要大量的劳动力。目前为止浮动式风电机都是在富裕的工业发达国家建造的，那里劳动力昂贵，所以建造成本特别高。目前西方国家所考虑的是怎样降底建造成本以达到大规模开发利用深海地区的风能资源。其实，一条捷径是利用欠发达国家，如印度和越南等的低价劳动力来建造浮动式平台，这样浮动式风电机的发电成本会远低于煤电。我认为到时候发达国家会这样做的。

随着电动汽车使用量的不断增长，提高了对电能的需求，从而使浮动式海上风电技术有了用武之地。这里必须提出，随着深水海区的风能资源开发，波浪能资源利用的机会也有了。实际上波浪能发电技术相当简单，目前的问题是发电成本过高及海上运行安全隐患，这些问题将随着与海上风电机共享浮动平台而消失。多年前就有学者作过调查研究，如果适量调配风能和波浪能利用，能提供很好的供电连续性，因为这二种能源在时间上的出现是相互独立的，从而能产生相当好的互补效果。可以预见，二十年三十后，海上风能将成为绿色能源的主要来源，在相当高的程度上替代化石能源。