当世界各国面临摆脱石油以避免气候变化最严重影响的挑战时,加拿大处于令人羡慕的地位。加拿大拥有丰富的向可再生能源系统转型所需的资源:丰富的可再生能源潜力、土地以及必要的智力和工业资源。我们所需要的只是采取行动的意愿。
可再生能源通常被认为不足以满足我们的需求、成本太高且间歇性太强,无法提供安全可靠的能源供应。
但我们最近的研究表明,最常被提及的采用可再生能源的障碍——特别是供应的一致性、土地需求和可再生能源的稀缺性——并不是真正的障碍。
电子燃料的重要性
为了万无一失,我们故意设计了一个有缺陷的可再生能源系统,希望通过这次演习能够揭示出可能存在障碍的地方。
在纸面上,我们创建了一个基于单一形式的可再生能源(太阳能)的能源系统,将所有发电都集中在艾伯塔省(一个阳光照射程度一般的地方),并假设太阳能电池板是一切的主要能源。
我们发现,即使是这种可怕的能源系统版本也是可行的。
第一个挑战是解决供应(夏季往往较高)和需求(冬季往往较高)之间的不匹配问题。我们还希望通过在大型能源设施与大型人口中心之间保持一定距离来避免地理不匹配。
这两种情况的杠杆都是电燃料,即电子燃料:这种材料能够可靠、高效地储存能量,直到我们需要使用它,并且可以轻松地从一个地方转移到另一个地方。
电子燃料以化学形式储存能量,例如金属、氢气和合成碳氢化合物。可持续电子燃料本质上是循环的。例如,金属燃料一旦被氧化,就会产生可回收的氧化物。合成碳氢化合物可以使用绿色氢气和二氧化碳生产。
电子燃料也可以出口。出口电子燃料将保持加拿大作为能源出口国的地位,使加拿大成为全球脱碳努力的推动者,并为无法满足自身能源需求的地区提供安全的能源来源。
农田未受到威胁
改用可再生能源不会威胁农田。艾伯塔省保守党政府已提出这一主张,并暂停了可再生能源的开发。
根据我们的研究,仅用太阳能电池板覆盖16%的建筑用地(例如屋顶),或者目前用于石油和天然气项目的土地的7%,就可以提供足够的电力来使加拿大电网完全脱碳。
完全脱碳我们的国内能源使用,包括电子燃料的生产和季节性储存,可以仅使用边际土地来完成——以前使用的土地不能重新用于农业或工业,但有足够的阳光照射。
以可持续电子燃料的形式维持能源出口需要更多土地,但不需要农田。数量将取决于能源出口的目标数量。
我们选择艾伯塔省作为最坏情况的一部分,因为脱碳努力迫使对加拿大原油的需求减少,该省对石油和天然气就业前景不确定的担忧是可以理解的。
但可再生能源的未来有望创造就业机会。有证据表明,可再生能源设施每单位电力创造的就业机会是燃煤或天然气发电厂的1.2至7.9倍。
真正的挑战在于政策和投资,首先要了解所需变革的范围,特别是考虑到电力需求的预期增长。
需要电网投资
一旦加拿大采用完全净零能源系统,电网将需要增加一倍或三倍的预测大大低估了实际需求。加拿大真正需要的是一个能够处理当今五到八倍电力的电网。
这是一项巨大的投资,但不投资至少也会付出同样的代价。这就是政府政策将发挥巨大作用的地方。糟糕的政策会造成不利的投资环境,进一步减缓变革,但良好的政策可以鼓励和加速投资并提高系统效率。
当然,这只是对深刻而复杂的变革的简化看法,但事实支持这样的观点:即使构建得很糟糕的场景也可能会成功。
现在想象一下,如果我们设计一个好的系统会是什么样子。
净零未来将依赖于一次能源的组合,包括可再生能源和核能的组合,以及电子燃料形式的二次能源。
它所需的投资规模是我们一代人以来从未见过的,但它将在经济保障、安全和环境方面为子孙后代带来红利。