作者:大卫·安德烈森和菲尔·雷顿, PI能源
化石燃料约占全球一次能源消费总量的80%,这一数字在过去30年里没有发生实质性变化。 PI能源 成立的目的是开发下一代太阳能光伏技术,使其具有成本竞争力和全球可扩展性,从而为缓解气候变化和转向清洁技术开辟一条务实的道路。
可再生能源有许多潜在来源,包括风能、太阳能、地热能、波浪能、潮汐能、水力发电、生物质能等,每种能源的技术都处于不同的商业成熟和发展阶段。哪种类型的可再生能源有潜力在未来几十年提供大部分清洁能源?
有时太多的选择会导致决策变得困难1。向清洁能源过渡显然是一个复杂的问题,是一项以前从未完成过的任务。面对如此多的选择,我们如何选择正确的技术来引领清洁能源转型?并非所有可再生能源在任何地方或任何时候都能很好地工作,有些技术仅在少数几个地方实用(例如苏格兰的潮汐能)2),而其他来源可能在世界许多地方运作良好。
近年来气候科学的新发现3 指出温室气体随着世界各地极端天气事件的加剧而增加。尽管可再生能源和清洁技术取得了一些进展,但1999-2019年间,全球化石燃料消耗实际上增长了32%以上,而且在过去二十年里,化石燃料仍然提供了一次能源总量的约80%。我们仍然处于化石燃料时代。
2021年XNUMX月,山西强降雨导致我国多处煤矿大范围内涝,导致煤炭短缺,导致太阳能电池板停摆4 制造业,导致全球价格飙升5. 化石燃料和当前可再生能源之间的这种讽刺性联系突显了这样一个事实:煤炭及其化石表亲(天然气和石油)仍然相对便宜,而且可再生能源尚未变得更加可持续和具有成本竞争力,才能真正实现可持续发展。向全球扩张。所有能源,包括当前的可再生能源,都具有需要尽量减少的碳足迹。能源选择会持续数十年,因此错误的选择可能代价高昂,而且实际上可能会削弱我们充分应对气候变化的能力。
在选择可再生能源和清洁技术优先事项的高风险挑战中,选择最佳清洁能源以切实缓解气候变化的标准可能是什么?这个问题是气候危机的核心,理性的选择必须务实,并且可能包括成功的全球清洁能源转型的以下要求,其中应考虑当前和正在开发的技术,如果它们有潜力的话:
- 温室气体接近零 排放
- 区域可用 世界各地
- 高能量潜力和功率密度 实际满足大多数需求
- 由地球上丰富的无毒元素制成 实现全球可扩展性
- 低成本,包括全球可扩展性的制造和安装
这些目标驱动的标准应确定可优先考虑的可再生能源类型,但这并不意味着最终的选择将是对世界各地所有人最好的选择。我们还将假设能源存储,无论是大型电池、氢还是其他可扩展的解决方案都得到解决,因此发电的可变性不再是问题。让我们将标准列表应用于不同形式的可再生能源。
候选可再生能源类别的初步列表:
- 温室气体接近零。能源必须具有极低碳净足迹的潜力。生物质和生物燃料涉及燃烧并且通常具有大量化石燃料输入。在干旱地区(高碳足迹),太阳能热电厂通常需要大量的水来驱动涡轮机。大型水坝可以有 重大影响,包括碳足迹,但微型水电有潜力变得更加清洁。
2. 全球各地均有销售。虽然水力、地热、波浪和潮汐都是很好的能源,但它们通常受到地理限制。为了避免长距离运输能源的巨额成本,能源需要有可能供应世界上大多数地区。
- 高能量潜力和功率密度 对于实际满足大多数需求以及与化石燃料的实际竞争是必要的。迄今为止,太阳能光伏发电在可再生能源中具有最高的理论潜力(见下图)。
一个重要且经常被忽视的因素是面积功率密度,它衡量必须投入多少面积来产生能量(每英亩千瓦时或每平方公里或英里兆瓦时)。化石燃料的能量密度很高,而太阳能的可再生能源面积功率密度最高,如下图所示。
考虑到所应用的标准,太阳能光伏迄今为止获得了高分:
如果我们将太阳能光伏视为清洁能源转型的潜在优先事项,我们必须仔细观察,因为光伏有多种类型。以下是不同代的光伏技术:
- 第一代光伏(1941 年至今):这是第一个商业光伏技术。传统晶体硅光伏仍然占据主导地位,约占全球太阳能组件销量的 96%。如今,它已成为可靠的标准,尽管它的制造确实需要大量的能源成本和碳足迹,并且由于其重量和刚性而仅限于某些市场。
- 第二代光伏(CdTe 和 CIGS)于 1990 世纪 XNUMX 年代首次商业化:这些是薄膜材料,含有稀有元素(铟、镓、碲),并且在大多数情况下还含有有毒元素(例如镉)。砷化镓是一种奇异的光伏太阳能电池,它具有更高的效率,但也含有稀有和有毒元素,对于大多数应用来说价格昂贵。
- 第三代光伏发电包括:
- 钙钛矿:目前不稳定,含有水溶性铅。
- 量子点:正处于开发初期,含有铅或镉,或尚未商业化。
- 新一代光伏:新型光伏具有良好和稳定的性能潜力,使用无毒的地球丰富元素。 PI能源 正在开发一种专有的薄型柔性无毒太阳能光伏发电,其生产能耗比第一代太阳能光伏发电少得多。
4. 由地球上丰富的无毒元素制成 以实现全球可扩展性。
清洁能源的全球可扩展性排除了稀有和有毒元素的大量使用和部署,这意味着只有晶硅和第四代光伏满足这一要求。
5. 低成本。这是标准的最后一步,包括可再生能源的制造和安装。晶体硅在过去几年中是全球可再生能源装置的领导者,但太阳能光伏发电仅提供了全球能源消耗的不到0.4%6. 作为当前的主导技术,c-Si 由于其刚性和重量,其安装位置受到限制,这增加了其安装成本。根据研究,理想的太阳能材料 麻省理工学院简介,是一种轻质且灵活的光伏组件,由地球丰富的元素制成,因此可以安装在新的应用上,包括大多数建筑外部,甚至 电动和混合动力汽车.
虽然目前的晶硅似乎是当今最好的太阳能解决方案,但我们需要做得更好,以应对气候变化,并根据成本竞争力和全球可部署性,使清洁技术和能源成为市场选择,以便它能够得到推广快起来。 PI能源 是目前正在开发的新一代光伏技术。该公司计划提供更好的光伏解决方案,根据经济性和功能性扩展太阳能的使用范围。欲了解更多信息,请访问 www.pienergy.com.
本文受以下文章支持 PI能源.
1 “选择的悖论——为什么多即是少”,作者:Barry Schwartz 博士。 2004.(ISBN 0-06-000568-8)
2“利用苏格兰潮汐的力量”,作者:Steve Hanley – Cleantechnica,15 年 2021 月 XNUMX 日
4https://www.bbc.com/news/business-58879481
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