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再生能源将取代石油、电动车将让油价再次崩跌?从技术观点分析其可能性


再生能源将取代石油、电动车将让油价再次崩跌?从技术观点分析其可能性

彭博(Bloomberg)于 2015 年 10 月报导称,替代能源与节能科技发威,全球将步入电力富足年代;2016 年 2 月更进一步报导称,电动车将造成下个石油崩跌危机,甚至指出石化燃料会愈来愈不重要、再生能源价格会持续下降、人类的能源不再是问题?但这些可能成真吗?

原文中有许多乐观的预测,包括:石化燃料生产成本低,原油价格将为每桶 50 美元而非 90 美元、10 年内太阳能的价格就能和石化燃料竞争、电动车将让石油走上末路。最后的结论是:科技不断创新,未来有望步入「电力富足年代」,电动车会造成下一次油价崩跌。

不过真会如此顺利吗?就现实的技术面来考量,可能未必。因为再生能源发展最大的困难在于成本太高、稳定度太低,目前都必须依靠政策补贴,否则难在市场中竞争,依照目前的技术发展现况,恐怕未来 10 年仍然难以改变,以下分别从技术观点把目前市场上最被看好的几种再生能源做简单的介绍分析,并简述其取代传统能源的困难点。

太阳电池与模组:价格已经接近成本价,难有大幅下降空间

太阳电池是目前最成熟的再生能源,上中下游已经形成完整的产业链,其中单晶硅晶圆能量转换效率较高,但是长单晶的成本也高;多晶硅薄片能量转换效率有待提升,成本仍然不够低;非晶硅薄膜能量转换效率太低,许多厂商开发多年仍然没有进展,甚至有的已经倒闭。

因此说「10 年之内,太阳能的价格就能和石化燃料竞争」恐怕是不可能的事,目前的太阳电池与模组价格已经接近成本价,再降就得亏钱卖,即使厂商愿意流血杀价竞争,一个亏钱卖的产业能支持多久呢?未来太阳能价格的确有机会和石化燃料竞争,但原因不是太阳能价格下跌,而是石化燃料价格上涨。

生质能:成本过高,更会影响粮食供应

「生质能(Biomass energy)」是指利用生物所产生的有机物质,来转换成可以利用的电能或热能,目前主要是以动物或植物所提炼出来的油脂,经由转脂化反应产生的「生质柴油(Biodiesel)」,麻疯树果实提炼的生质柴油是目前被业界认为最可行的方法之一。

此外,以植物(醣类)经由微生物发酵反应产生的「生质酒精(Bioethanol)」,玉米与甘蔗提炼的生质酒精是目前被业界认为最可行的方法之一,但是这些生质能的价格仍然远高于石化燃料,而且一旦大量使用一定会影响到粮食供应,所以有人说:生质能是抢穷人的粮食做为富人的燃料(对生质能的原理有兴趣的人可以参考这里)。

锂电池:成熟商品,但充电是个大问题

可移动的能源除了生质能,使用锂电池是目前被认为最可行的方法,由于锂电池的能量密度够高,因此才有美国 Tesla 公司设计与製造的电动汽车与台湾 Gogoro 公司设计与製造的电动机车。

锂电池如何充电是个大问题,因为电动汽车的电池重达 200 公斤,很难由使用者如 Gogoro 机车那样自行更换充电,只能以定点充电的方式进行,即使目前的规格要求在 1 小时内完成充电,使用者是否能在加「电」站等 1 小时却是个问题。

如果必须把车开回家在停车场充电,最大的问题是目前的电力基础建设不足,假设大楼停车场有 100 个停车位,每个都设置插座,当 100 辆电动车同时充电时,大楼的变压器无法承受如此巨大的电流,整个电力基础建设,包括变压器、变电所、高压电塔都必须重新设计才能达成,听起来就不是短期内可以做到的事,就更别说这些电还是来自发电厂,结局还是要用火力、核能、水力发电来提供电力的。

氢能与燃料电池:终极环保的再生能源?氢气来源是个大问题

传统电池直接使用化学反应产生能量,优点是能量转换效率很高(80% 以上),但充电需要比较长的时间;而使用燃料以内燃机(汽车引击)进行燃烧反应产生能量,优点是可以直接补充燃料,但使用内燃机的能量转换效率很低(30% 以下),科学家开始思考,有没有一种方法同时具有「电池」与「燃料」的优点呢?于是燃料电池就此诞生了。

燃料电池和传统电池的原理相同,都是将活性物质的化学能转换成电能,但是传统电池的电极本身是活性物质,会参与化学反应;而燃料电池的电极本身只是储存容器而已,并不会参与化学反应(触媒只用来引发化学反应),必须将活性物质(氢气或含氢原子的化合物)加入电池内(就好像我们的汽车补充燃料一样),才能产生化学反应形成电能,是一种要补充燃料的电池,故称为「燃料电池(Fuel cell)」。

燃料电池使用氢气与氧气反应产生水,反应后排放的氮化物或硫化物极少,几乎没有任何污染,因此被视为终极环保的再生能源,但是燃料电池必须使用氢气做为燃料,却成为最大的问题。

高压储氢技术如何把又大又重又危险的氢气钢瓶放在车上是个大问题;因此有国外公司开发出可以承受 700 大气压的航太複合材料储氢瓶,能取代氢气钢瓶;Toyota 公司更在去年推出氢燃料电池车款 Mirai 创下单次加满氢气可行驶 500 公里的纪录,已经是成功的商品了,那幺它的问题到底在那里呢?

再生能源将取代石油、电动车将让油价再次崩跌?从技术观点分析其可能性 複合材料储氢瓶。再生能源将取代石油、电动车将让油价再次崩跌?从技术观点分析其可能性 氢燃料电池车款 Mirai。

首先车上放了一个压力这幺大的储氢瓶是否安全是个问题,氢气的来源则是更大的问题,大家都知道电解水可以产生氢气与氧气,问题是电解水产生氢气的成本很高,而且这些电来自发电厂,结局还是要用火力、核能、水力发电来提供电力,为了降于成本目前工业上主要是将碳氢化合物(石油)以「蒸气重组(Steam reforming)」的方式分解生产氢气,搞了半天还是要以石油做为原料,这样石油的价格怎幺可能「崩跌」?

此外,低压储氢技术的平衡压力低于 10 大气压,安全性比高压储氢技术高,但必须使用贵重或稀有金属(例如镧镍合金)做为储氢合金,因此成本偏高。如果使用甲醇取代氢气做为燃料的转换效率很低,触媒通常含有贵重或稀有金属,所以价格偏高,依照目前燃料电池发展的情况,还是以高压複合材料储氢瓶的可行性最高(对燃料电池的原理有兴趣的人可以参考这里;对燃料电池的储氢技术原理有兴趣的人可以参考这里)。

目前石化燃料低价在于市场竞争供过于求

每次原油价格大跌,市场往往会出现「石油不重要」的言论,2001 年知识经济兴起就有「实质资产价值将不再,能源对经济的影响转弱」的说法,没想到接下来油价在人为炒作下一路走高到 2008 年每桶 148 美元,并且成为金融海啸爆发的间接原因之一;如今油价跌到每桶 30 美元,立刻又有人提出了「石化燃料生产成本低,全球将步入电力富足年代」的说法。

目前油价偏低是人为操作所造成的,石油输出国家组织(Organization of Petroleum Exporting Countries,OPEC)为了打击美国业岩油产业,不惜杀价竞争,目的就是要以低油价迫使美国业岩油厂商破产倒闭以抢回石油产业的主导权。

若真的美国业岩油厂商倒光了,OPEC 还会让石油维持在这幺低的价格吗?因此低油价是短期的现象,或许就是这几年的时间而已,未来太阳能的价格能和石化燃料竞争,不是因为太阳能价格下跌,而是因为石化燃料价格上涨。

人类会继续依赖石油,但程度可能缓慢降低

目前工程上还没有出现终极的技术足以取代石油,因此未来人类仍然继续依赖石油或其他可以燃烧的东西(天然气、煤碳),但是依赖程度可能会随着环保意识与新能源技术的发展而缓慢减低,要完全取代石油为时尚远。

结论

第一,石化燃料最近处于低价不是因为生产成本低,而是因为市场竞争供过于求,未来 OPEC 发动的价格战结束,油价就会回到 50 美元以上,再长远看未来可低价开採的石油储存量枯竭,原油价格上涨是必然的趋势,不要说 90 美元,超过 100 美元都是有可能的。

第二,2040 年再生能源市场蓬渤发展是很有可能的,但是要取代石化燃料主导电力供应的可能性不高,而且主要不是因为再生能源价格下跌,而是石化燃料价格上涨,当油价回到 100 美元以上,再生能原价格就会很有竞争力了。

第三,省电科技与各种节能技术减少了电力需求是确定的,但这样就说未来有望步入「电力富足年代」是过于夸大了;电动车或燃料电池汽车的发展确实可以减少空气污染与石化燃料的消耗,但是要完全取代石化燃料是不可能的。

目前最大的问题在于:电价太便宜造成使用者没有节约用电的习惯,各种价格较高的家庭能源管理系统(Home Energy Management System,HEMS)乏人问津;而电价如果真的大涨又会造成物价波动,受限于选举与政治因素,要让电价上涨也是困难重重,「电力富足年代」之说恐怕倍受考验。

(此文非经作者同意,不得转载;首图来源:达志影像)



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