太阳革命如何临近

信用：快门

我们是否能够以足够快的速度建立足够的无碳能源来避免灾难性的气候变化，而不必使用会破坏整个过渡的化石燃料为这种能源过渡提供动力？答案是“是”，这就是原因。

斯坦福大学去年发布的一项研究得出结论：“全球太阳能光伏产业现在可能成为净能源生产者”。随后，由博士后迈克尔·戴尔（Michael Dale）和全球气候与能源项目总监萨利·本森（Sally Benson）进行了非常详细的分析，即《全球光伏（PV）行业的能源平衡》。他们检查了每种主要PV系统在生产过程的整个生命周期中消耗了多少能量。

他们最重要的结论也许是这样的：

如果当前的快速增长速度持续下去，那么到2020年，如果光伏系统的能源强度继续…以其当前的学习速度下降，那么光伏系统将可产生约10％的全球电力，那么到2020年，将不到全球总发电量的2％需要维持该行业的增长。

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如下所示，近年来，太阳能光伏系统的能源强度一直在下降，而且几乎肯定会继续下降。这意味着在未来几年和几十年中，太阳能行业将产生大量的无碳电力。

Dale和Benson发现，2012年全世界安装的太阳能光伏板的发电量“可能超过制造更多模块所需的能量”。在下图中，这意味着2012年是“收支平衡”年。

能源生产行业的能源输入和输出渐近增长到某个上限。总产出以粗线显示；净输出以虚线显示。

他们预计“投资回收年在2012年至2015年之间发生的可能性为50％。”换句话说，迄今为止，每个使用中的光伏系统产生的累积太阳能极有可能等于迄今为止生产这些系统所消耗的累积电能。

这“主要是由于制造和安装光伏系统所需的能量输入稳步下降。”就是说，正如光伏行业的总生产成本急剧下降（在上个25世纪中下降了99％）一样，光伏系统的“能源回收时间”（EPBT）也急剧下降。EPBT是“能源技术产生等量的初级能源所必需的时间。”

这份斯坦福图表显示，截至2010年，整个光伏系统的能源回收时间已降至不到两年。

出于下面讨论的原因，在美国西南部等日光较多（日照强度高）的地区，光伏系统的EPBT现在不到一年。

今年，Dale是一项研究的主要作者，该研究将对PV的分析扩展到了2012年，还研究了风电行业。

Dale等人指出，全球风能和光伏装机容量正在以非常高的速度增长（分别为每年20％和每年60％）。因此，他们“需要大量的前期精力充沛的投资。从概念上讲，随着这些行业的发展，其部分电力输出将被再投资以支持新一代发电能力的制造和部署。”

这是他们的风电图表：

风能行业的净能源轨迹。红色区域表示净能源短缺，绿色区域表示净能源盈余。对角斜线代表部分再投资，即该行业的增长消耗了该行业总产值的多少。

红色区域（部分再投资超过100％）“表示该行业消耗的电力超过其每年生产的电力，即存在能源短缺。绿色区域代表着能源过剩。”

几十年来，风能一直处于能源过剩状态。那是因为相对于PV，风能的增长速度较慢，能源回收期也较快。陆上风能的部分再投资低于10％，这意味着陆上风能行业90％以上的电力输出可供社会使用。

容量系数是“技术相对于其铭牌容量[Wavg / Wp]的平均输出功率[瓦]。”风不会一直吹着，风吹起来时，吹的风并不总是像涡轮机能够处理的那样强劲。因此，全球安装的所有风力涡轮机的平均容量系数约为25％。这意味着每1 Wp的风能每年将产生2.2 kWhe。（一年中的8760小时乘以0.25容量系数= 2200小时。因此1 Wp发电量2200 W-hours = 2.2 Kwh）

这是太阳能行业的图表：

太阳能光伏行业的累积电力需求（CEeD）轨迹。红色区域表示净电力赤字，绿色区域表示净电力盈余。对角斜线代表部分再投资。太阳能PV已通过以下主要技术细分：单晶硅（sc-Si），多晶硅（mc-Si），非晶硅（a-Si），带状硅，碲化镉（CdTe）和铜铟镓二硒化物（ CIGS）。

该图显示，到2012年，除铜铟镓二硒化物（CIGS）和单晶硅（sc-Si）越来越接近以外，所有主要的太阳能光伏技术都处于电力过剩状态。

但是，关于此PV图表和更早的PV图表，这是关键点。他们假设太阳能光伏的平均容量系数约为11.5％，其中1 Wp的装机容量每年将产生1 kWh。

在世界许多地区，例如美国西南部和中东，光伏的实际产能系数是平均值的两倍，超过20％。那么为什么作者使用如此低的容量系数？他们采用的是已安装内容的全球平均值。正如Dale在新闻稿中解释的那样：

“目前，德国约占已安装市场的40％，但德国的日照并不那么好。因此，从系统角度来看，最好在阳光较多的地方部署光伏系统。”

可以两种方式减少太阳能系统的能源回收时间。首先，世界可以像数十年来一样继续改进技术并削减成本。第二，世界可以在拥有高质量太阳能资源的地区安装更大比例的光伏面板，例如美国西南沙漠和中东地区。

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实际上，根据美国两家国家实验室的报告，正如《气候进步》上周报道的那样，公用事业规模太阳能的价格比四年前的分析师预测的价格低59％。实际上，仅在2012年至2013年间，屋顶太阳能系统的价格就下降了12％至15％。

这意味着自2010年以来美国太阳能发电量的惊人增长极有可能发生在能源回收期不到一年的系统上。

底线：我们当然可以建立足够快的无碳电力系统，以防止灾难性变暖，而不必使用会破坏过渡的化石燃料来推动这种能源过渡。

乔·罗姆（Joe Romm）

资料来源：www.thinkprogress.org