图片来源:Zach Pippin viaFlickr
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最近的报告,太阳能发电能力将很快超过核能发电能力揭示一个重要的事实。它还隐藏了一个关键的区别，需要理解能源生产的背景，以及未来供应选项中的选择的使用和后果。
作为执行董事滑铁卢可持续能源研究所(WISE)和Equinox 2030能源蓝图这是一个低碳电力未来的技术路线图，我调查了能源选择、替代方案及其效用。我还发现人们会对术语感到困惑。
千瓦(kW)的装机容量不等于千瓦时(kWh)产生的能量——我们需要和支付的能源服务(如烹饪、制冷、照明、娱乐)是用千瓦时来衡量的。对于大规模的工业用途，输出以兆瓦时(MWh)或千兆瓦时(GWh)来衡量。
任何能源技术提供有用能源的技术能力都是以能源输出来衡量的。由于能量转换效率高，太阳能的输出往往较低。
例如，将大量太阳能电池板组合成1000兆瓦(MW)的装机容量所产生的能量，平均而言，将提供相当于其装机容量的10%至12%的能量。相比之下，核电站只提供其额定容量的80%到90%的能量。
目前，全球太阳能设施的装机容量为224,684兆瓦，提供的年发电量为253,593 GWh，相当于年产能因子的11%。同样，德国太阳能设施的装机容量为39784兆瓦，年发电量为36056 GWh，容量系数为10.3%。
因此，在同样的装机容量下，太阳能产量是核电厂产量的八分之一或九分之一。如果你想要同样多的能量，那么你就需要安装同等的太阳能发电能力，而且要高出同样大的差距——是额外太阳能电池板数量的8到9倍。
少一些炒作，多一些事实
这里的重点不是减少太阳能的价值和积极贡献，以减少我们对化石燃料的依赖，帮助实现全球能源向低碳能源的未来过渡。
需要对全球一级正在出现的能源需求和大规模满足能源需求增长的有效能力进行现实的评估，从而缓和这种炒作。
你不希望被强迫认为一种能源选择——太阳能——是唯一的答案，而且它碰巧也不能从已安装的基础上提供大量的能源。
为什么这是相关的?实施有效的低碳能源解决方案的紧迫性几乎得到了世界上所有国家(除了现任美国政府)的充分承认和认可。
未来的能源是多样化和分布式的
实现气候变化目标所需的变化范围和规模绝不是微不足道的。这表明，许多具有低碳属性的不同能源技术，如风能、太阳能、水力、地热、核能和天然气，作为煤的临时替代品，具有补充和加强作用。
这种方法是互补的，因为每种技术都有其特点，需要注意其局限性，并确保其作为综合能源系统的一部分发挥作用，为最终用户提供最佳价值。
本世纪新兴的能源系统将与上世纪的能源系统完全不同，上世纪的能源系统主要由中央发电站向城市、城镇和村庄远距离传输能源。
分布式能源——最好的例子是作为展品A的太阳能——与信息和通信技术(ICT)的力量相结合，将越来越多地与我们的生活相关。
想象一下，一个家庭既成为一个能源发电机(屋顶上的太阳能)，拥有一辆能够储存能源(来自风能和太阳能)的电动汽车，又在有利可图的时候把能源卖回给电线。所有这些都可以通过信息通信技术(ICT)支持的虚拟电力网络进行无缝管理。因此，消费者现在变成了生产者和消费者——“生产消费者”。
科技企业家埃隆·马斯克(Elon Musk)的特斯拉公司(Tesla, Inc.)正在努力实现这一愿景，目前该公司正在澳大利亚安装电动汽车、太阳能电池屋顶瓦片、家庭能源存储和联网并网电池系统。
分散式发电
分布式能源会成为真正的颠覆性能源，并完全破坏现有公用事业的商业模式和对大型集中式基础设施的投资吗?
在我看来，分布式能源是一种积极的力量，有助于加强和提高“大电网”的可靠性和弹性。它们还带来了一个环境排放属性，有助于放大朝着低碳能源未来发展的积极趋势。
我们到底为什么需要大型的、集中的发电站?到2050年，全球能源需求将是目前水平的两倍或三倍。这主要是受人口结构和收入变化的驱动。
据预测，到2050年，世界人口将接近90亿，其中许多人的收入将从极度贫困转向低收入和中等收入水平，这意味着能源需求将面临不可阻挡的上升压力。气候变暖是制冷能源需求增长的另一个驱动因素。
经济福祉的改善，加上不可逆转的向密集城市化的转变，创造了一个难以转移的局面:我们正面临着一个新兴的全球环境，即日益增长的、富裕的人口严重依赖高质量的能源服务，而这一人口面临着比以往任何时候都更大的热压力。
我们需要大量的能源，并不一定是因为我们是能源大户，而是因为我们渴望提高生活质量。这就需要对现有的能源系统进行重大的微调，使其能够同时利用所有可用能源的最佳特性。
Jatin Nathwani，滑铁卢大学可持续能源公共政策安大略研究主任。本文最初发表于谈话．
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10评论
也许有一天人们会拥有自己的便携式电脑
“手提箱核”(自我调节反应堆)，他们用它来为他们的住所提供动力。这将赋予自由的概念一个全新的意义。我们只能做梦。
反应堆乏燃料
核能问题最悲哀的部分是，大多数反对意见都是关于乏燃料、长期安全壳和反应堆固有的危险。但有可行的反应堆替代品，产生的废物少得多，储存时间短得多，操作起来也安全得多。然而，由于监管问题和国际协议，它们没有被使用。
手提箱里的核弹是没用的
核能的最小输出范围仍然相当高，而且坡道速率有限，而房子的最大负荷相对于它的最小负荷是非常高的。核反应堆的相对不灵活性使其成为真正糟糕的单一能源解决方案，作为唯一的能源来源，它和太阳能一样糟糕(甚至可能比太阳能更糟糕)。对于那些无法接入电网的人来说，太阳能是可扩展到微观层面的，即使没有电网所能提供的全部服务，它也能提供非常有价值的服务和生活方式的升级，而且现在它足够便宜，如果认为这些人应该等待，那就是一种犯罪。
有人提出或相信PV将成为一种单一能源或电网解决方案(似乎是这篇博客文章的一个前提)，这种想法简直是荒谬的。
“你不想被迫接受这样的观点，即一种能源选择——太阳能——是唯一的答案……”
是的，没错——说出一个推动这一点的能源分析师的名字，或者试图“……征召……”任何人相信这一点!(严重! ? !)
然而，即使光伏发电的产能系数为11%，核能发电的产能系数为90%(美国的平均水平，高于世界平均水平)，光伏发电的年净发电量也将达到或超过核能的3倍左右。PV的安装基础大约每两年翻一番(而且翻一番的速度还在增加)，而核电并没有扩张，所以在不超过5年的时间里，PV将比核电在全球电网上提供更多的电力。
但那又怎样?
既然建造新的核电站成本高、难度大，而安装PV的成本低、可扩展性强、容易，为什么要把它与核能相比呢?它只需将光伏发电能力提高6倍左右，就能产生相当于目前所有电网发电机的年发电量。这并不意味着太阳能将在(2年每翻倍× 6=) 12年内提供100%的电力，但它确实意味着与今天相比，到2030年太阳能将提供真正大量的电力，而且它将非常便宜!
2016年底，在公用事业规模上，它成为所有类型中最便宜的新形式的电力，可靠的分析师现在预测，到2025年，新公用事业规模的光伏发电的水平成本将达到或低于每千瓦时1美分。在多个国家，2020年之前投产的项目最近的拍卖价格已经低于2美分/千瓦时，远低于任何化石燃料或核能的维护或燃料成本。在成本如此之低的情况下，必须建立新的商业模式来维持其他业务的运行。风力发电现在相对便宜，但不会像光伏发电那样迅速变得便宜，但也比传统发电的维护和燃料成本便宜。在美国(西海岸以外)，风具有良好的季节互补特征，在冬季达到峰值，此时PV正在减弱，在夏季达到最低点，而此时PV输出仍然很高。这并不完美，但最便宜的电网组合将同时大量使用光伏和风能。
让我们诚实，做数字，让最好的赢。
能力因素呢?
在一个光伏电池板的使用寿命中，它每平方米露天煤矿产生的电力是相同的，因此在一些照明的电力生产是相当的。(我听到有人引用了这句话，对此表示怀疑，但数字叠加起来了)
你80%到90%的功率因数掩盖了电力需求是可变的这一事实。目前的核电站变化不大，而光伏电站不需要的电力可以减少。
还有很多，但事实是这东西很复杂，只是向核致敬....或者风能，煤炭，或者pv....不能工作。这让我想起出版物上说X(蜂蜜，枣，随便什么)是完美的食物，忽略了相当重要的事实。
也就是说，考虑到可以更好地增加(如果它们足够便宜)和存储以应对需求和生产的变化，这将是非常有用的....但pv已经按照合同以每千瓦0.03美元的价格生产。人力资源在一些地方，还有储藏室，可能是赢家。我们可能只需要先进的核电站来燃烧大量的核废料库存，这些核废料仍然含有我们现有的大部分原始能源。
Capcity因素。
美国西南部新公用事业pv的容量系数为30%。78%的新版本使用跟踪器。美国东北部的产能系数最低，为18.8%
除了容量因子是一个过时的参数，斯坦福大学的Mark Z. Jacobson教授发表了一篇关于这个问题的完整研究。斯坦福大学的工程专业在世界排名前三。这项研究耗时数年完成，而且没有使用核能作为能源。
什么是“…最好的……”并不是一个数字@ Skip
均衡成本只是一个属性——当然是一个重要属性，但不是有效运行电网成本的所有重要属性。可调度负荷比可调度电力更便宜，在FERC第745号命令得到最高法院的批准后，这些市场将得到发展，但要使电力市场在面对廉价光伏海啸时良好运转，还需要进行相当多的规则制定和监管调整。有很多聪明的人在解决这个问题，但也有很多活动的部分，有很多利益相关者和牛。
绿色科技媒体最近的播客介绍了电力市场重新设计的冰山一角:
https://www.greentechmedia.com/articles/read/liberals-and-progressives-unite-over-electricity-market-design#gs.sbLBvHo
“也就是说，考虑到可以更好地发展新型核能……”
即使是纸面上看起来不错的小型模块化反应堆(SMR)也远不够灵活，无法跟踪房屋的负荷。加上一些额外的存储，也许他们可以跟踪5000人的村庄。
符合美国标准的smr最早的概念验证(可能是乐观的)预计将在21世纪20年代中期进行，而成本/水平成本仍在待定。但在光伏、风能和电池的学习曲线上，该技术诞生的电力市场将比现在的市场竞争激烈得多。陆地能源公司声称他们将比天然气更便宜，但这足够好吗?谁在乎燃气发电的价格?到第一个电厂建成的时候，它必须至少像风能和太阳能一样便宜(在那个时候)才有可能实现。
PV的水平成本为1美分/千瓦时(假设不削减1美分)，可以削减一半的产量，而且仅在天然气厂的运营成本方面，仍能轻松与现有的联合循环天然气竞争。对于2017年新电厂公用事业规模的光伏，4.5-5美分/千瓦时的水平成本已经与4-8美分/千瓦时的新联合循环天然气具有竞争力。参见Lazard几周前发表的均一成本分析:
https://www.lazard.com/media/450337/lazard-levelized-cost-of-energy-version-110.pdf
风能和太阳能已经和天然气一样便宜，甚至更便宜，到2025年还会便宜很多。那么，如果不考虑成本，那么smr会带来哪些必要的服务呢?超廉价的可调度负载方才刚刚开始(随着电动汽车车队的建设，智能汽车充电器将会增强它的性能，解决与大型PV建设相关的许多问题)，分布式存储也是如此。在第一个smr建成时，可分派性的相对价值可能会大大降低。
如果能够定义独特的属性(并在电力市场中实现货币化)，其中一些smr可能仍有市场，但我猜smr最终将成为一个利基市场，而不是21世纪电网的支柱。
是的，容量因子数字是扭曲的@ Ven Sonata
尽管马克·雅各布森的数据和电网模型，Jatin Natwani引用的11%的容量因子可能是一个真实的平均值，当雾蒙蒙的北欧占据了世界PV安装基础的很大一部分时，但在世界大部分地区(特别是发展中国家)，世界容量因子将远远超过这个平均值。
这篇博客文章感觉有点像鞭打稻草人(或死马)。世界上的大多数公司(尤其是那些从事照明业务的公司)已经转移到更有趣的方面，使过渡尽可能顺利地发生，尽管SCANA、Vogtle或Kemper等公司搞砸了。大多数人已经理解了Jatin的观点，即未来的电网将比20世纪的电网模式更加分布式，更加集中化，更便宜，更环保，更有弹性，而且它发生的速度比任何人在几年前预测的都要快得多。
谢谢你的细节和视角，丹娜
Dana Dorsett提供的信息、观点和细节对我来说非常有价值。谢谢你为这些讨论所做的一切。
天然气
的确，天然气协会(Natural Gas Association)在宣传NG是煤炭的“更清洁”或“低碳”替代品方面取得了巨大成功。甲烷是NG的主要成分，它对大气的破坏是碳的85倍。在整个供应链中都发现了泄漏。关于详细的讨论，你可以读到，https://thinkprogress.org/methane-leaks-erase-climate-benefit-of-fracked-gas-countless-studies-find-8b060b2b395d/
Jim Baerg的回答
吉姆,
以下是一篇GBA文章的链接:天然气管道泄漏．
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