不再缺電的新世界!便宜、零碳排,太陽能光電可望躍升全球最重要能源

2024-06-25 16:03

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《經濟學人》指出太陽能發電正在指數成長,全球不再缺電的未來已觸手可及。圖為美國佛羅里達州的日出,一隻海鷗在太陽升起時飛過大西洋。(美聯社)

《經濟學人》指出太陽能發電正在指數成長,全球不再缺電的未來已觸手可及。圖為美國佛羅里達州的日出,一隻海鷗在太陽升起時飛過大西洋。(美聯社)

北半球進入炎熱夏季,用電高峰讓許多人擔心供電緊張。然而,你能想像嗎?未來,隨著太陽光電變得更加便宜,即使炎熱日照時數越來越長,我們也無須擔心電不夠用。英國《經濟學人》在22日的最新一期封面故事中以「太陽能時代的開端」為題,指出在太陽能發電成長下,全球不再缺電的未來已觸手可及。

距離美國電話電報公司(AT&T)貝爾實驗室首次推出「將陽光轉化為電力」的技術,已經過去了70年。這段時間裡,太陽能的發展取得驚人進步。預計今年,太陽能板將為全球提供約6%的電力(幾乎是1954年美國耗電量的三倍)。全球太陽能總發電能力大約每3年翻一倍,每10年成長十倍。專家預測,到2040年代,太陽能將成為全球最大的電力來源。

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太陽能光電的關鍵裝置是太陽能電池(光伏電池),其組成非常簡單:一塊典型邊長18.2公分、厚度約0.02公分的矽晶片,可以將陽光的能量直接轉換成電能。

今年,全球將製造約700億片這樣的太陽能電池,其中絕大多數是中國製。將大約60到72片電池組合成太陽能板,便能安裝在屋頂、學校外牆、沙漠、住宅陽台等各種地方,為家庭住宅、工業設施和大型電網提供電力。

一旦安裝到位,它們將在數十年間穩定運行,無需額外成本,也不會產生汙染。雖然運作低調,但卻是將改變世界的革命。未來數十年,太陽能將普及到每個角落,使每個人都能享受到光電帶來的好處。

正在裝修太陽能板的工人。(AP)
正在裝修太陽能板的工人。(AP)

光電將成為全球最大能源?

10年前,光電規模只有現在的十分之一時,專家視其為邊緣能源。但太陽能的成長速度超乎預測,正如清潔能源技術分析師李布萊希(Michael Liebreich)所述:「2004年,全球安裝1GW的太陽能裝置容量需時一整年;2010年,縮短到一個月;到了2016年,更進一步縮短至一周。而到了2023年,光是一天安裝的裝置容量就達到1GW。」

根據國際太陽能協會(International Solar Energy Society)數據,太陽能發電有望在2026年超過全球所有核電廠的發電量,2027年超過風力發電,2028年超過水壩發電,2030年超過燃氣發電廠,2032年超過燃煤發電廠。到了2030年代中期,太陽能電池很可能成為地球上最大的電力來源。到2040年代,太陽能可能成為所有能源的最大來源。

按目前的趨勢,太陽能發電的總成本預計將會低於現今最廉價電力的一半。雖然這無法完全阻止氣候變遷,但仍是減緩變遷的利器。世界上許多地區——包括非洲,那裡仍有6億人無電可用——將開始享受到能源充裕帶來的變革性影響。這將為全人類帶來一種全新的體驗。

為什麼太陽能有別於其他能源?

《經濟學人》(The Economist)指出,太陽能的崛起並非僅僅源於環保主義者的理想,而是基於堅實的經濟理論。一般情況下,產量增加、製造成本降低,進而促進市場需求增加,而再次提高產量並降低成本,這一供需相互促進的循環並非一成不變,通常會受到技術或資源的限制。然而,太陽能發電的增長卻打破了這一常規。

太陽能電池所需的主要資源——如矽砂、陽光充足的土地以及人類的智慧——都極為充裕。此外,雖然生產太陽能電池需要一定的能源,但隨著太陽能發電技術的進步,能源的供應也變得更加可持續和充足。這使得隨著發電成本降低、電力更加便宜,電力消費將自然而然地成長,進一步推動太陽能市場的擴展和成本的下降。

德國的太陽能發電與風力發電。(美聯社)
德國的太陽能發電與風力發電。(美聯社)

據彭博新能源財經(BloombergNEF)資料,2015年全球太陽能發電的平準化能源成本(LCOE)為每百萬瓦時(MWh)122美元(約新台幣3950元),陸上風電的LCOE為83美元(約新台幣2690元),而燃煤發電的LCOE為50至75美元(約新台幣1620至2430元)。如今,太陽能和陸上風電的成本均已降至40美元(約新台幣1300元)左右,而燃煤發電的成本幾乎沒有變化。

太陽能發電的成本下降速度比風力發電更快。儘管在某些地區(如農田或沙漠)鋪設太陽能板可能引發反對,但相較於風力發電裝置,平面的太陽能板佔用空間相對較少。研究表明,與其他形式的能源發電(包括可再生能源、化石燃料和核能)相比,太陽能電池板的社會接受度更高。

因此,太陽能已經成為最經濟實惠的能源選擇之一,且這一趨勢有望持續下去。隨著太陽能的廣泛應用,許多行業將經歷深刻的變革,甚至可能催生出新興產業,從而對全球經濟中的基本生產要素價格產生深遠影響,使其降至前所未有的低水平。

光電面臨的挑戰與解決方案

太陽能作為一種廉價、充足且受歡迎的無碳能源,似乎為解決氣候危機提供了理想的方案。然而,這一技術的廣泛應用面臨兩大挑戰:儲能需求與經濟效益。

首先,儲能技術的需求成為太陽能推廣的瓶頸。由於用戶希望能在夜間使用電力,太陽能發電必須與高效的儲能技術結合,將日間收集的能量儲存起來,供晚間使用。其次,低成本能源的湧入帶來了市場獲益的疑慮。當大量太陽能電力在白天中午投入市場時,電價可能因供應過剩而驟降至接近零,甚至出現「負電價」,這對電力市場的經濟運作和太陽能投資的回報構成了挑戰。

2024年3月15日。太陽落在柬埔寨金邊郊區的一座佛教寺廟塔樓上。(美聯社)
2024年3月15日。太陽落在柬埔寨金邊郊區的一座佛教寺廟塔樓上。(美聯社)

為應對這些問題,幾種解決方案逐漸浮現,包括發展先進的輸電系統、提升儲能技術(尤其是電池技術)、擴大電力需求以及推動創新。透過輸電系統,來自陽光充沛地區的電力可以傳輸至需求旺盛的地區。例如,英國可以利用來自北非摩洛哥的太陽能供電,雖然建立如此遠距離的輸電系統需要時間與金錢,但如果一端充足且便宜的電力能在另一端獲得足夠吸引人的價格,這樣的連接便是值得的。

電池及其他儲能技術則可實現時間套利,將白天產生的低價電力儲存起來,待晚上電價較高時釋放至市場。儲電電池與太陽能板一樣,可以大規模生產。隨著電池技術的進步與市場應用的擴展,儲能技術將不僅滿足電力儲存的需求,還將進一步促進太陽能系統的發展和投資回報。

此外,低價能源的推廣通常會激發創新,例如開發更高效的能源利用技術或新型用電方式,這些創新有望進一步增強對電力的需求,為整體能源市場帶來新的活力。

中國是供應大國帶來隱憂

目前,全球絕大多數的太陽能板及其製造原料來自中國。中國的太陽能產業受益於大量政府補貼,導致產能過剩,足以支撐未來數年的太陽能擴展。從長遠來看,如果全球能擺脫對政局不穩定或關係緊張地區的石油和天然氣依賴,轉向其他發電方式,能源供應將變得更加穩定和可靠。

不過,即使中國無法像石油輸出國組織(OPEC)那樣操縱石油價格,也無法控制陽光的價格,但關鍵產業過度集中在一個可能敵對的國家仍引發美國的擔憂。這也解釋了美國為何對中國的太陽能設備加徵關稅。

儘管如此,隨著未來需求預計大幅增長,全球其他地區在太陽能面板市場上還有很大的進入與發展機會。雖然川普(Donald Trump)當選的話,他對化石燃料的支持可能會一時阻礙美國的太陽能發展,但這種影響或許只是暫時的。如果美國能簡化家庭太陽能板的安裝和電網接入程序,釋放出被壓抑的需求,那麼太陽能的普及速度將大幅提升。

設置在美國拉斯維加斯一個乾涸湖底的太陽能發電場。(美聯社)
設置在美國拉斯維加斯一個乾涸湖底的太陽能發電場。(美聯社)

能源革命的未來

《經濟學人》指出,當前的關鍵目標是迅速實現太陽能生產的良性循環,提供更廉價的能源。好處首先是提高生產力,降低人們各類活動中的能源成本。

廉價能源將使一切成為可能。過去因能源成本高昂而無法享受電力的人們,現在有機會使用更多能源,例如照亮家居或駕駛電動車。廉價能源還可用於水的淨化和海水淡化,推動人工智慧(AI)技術發展,並在未來炎熱的夏季中,讓數十億個家庭和辦公場所更加舒適。

最重要的是,廉價能源的豐富供應將釋放人們的想像力,激發出更多創新和可能性,帶來尚未預見的技術突破和社會變革。

2023年7月,德國法蘭克福一名男子在太陽升起時獨自慢跑。(美聯社)
2023年7月,德國法蘭克福一名男子在太陽升起時獨自慢跑。(美聯社)

 

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