當前學界對於100%再生能源的研究進程和認知

Tony Yen
Tony Yen
Apr 6 · 5 min read
依據MZ Jacobson研究做出的能源轉型推動專案The Solutions Project
100%再生能源的研究,日益受到科學社群重視(Twitter出處

在IPCC於去年的《全球升溫1.5°C特別報告》首度提及100%再生能源的轉型路徑作為1.5度減碳路徑的可行選項之一以後,以100%再生能源為終極目標的轉型路徑,未來只會在國際氣候政治上越益重要。

除了大多數氣候行動倡議者的堅定支持、以及越來越多城市和州政府的100%承諾,學界對於100%再生能源的轉型路徑的立場,在近十年內有了革命性的變化。晚近一篇丹麥和芬蘭學者做出的文獻回顧《Status and perspectives on 100% renewable energy systems》可以說完整地概括了這樣令人振奮的變遷。

過去兩年相關研究暴增

再生能源在近十年內的爆炸性成長,連帶地改變了能源學者的研究重心。事實上根據該文獻回顧,在10年前,學術界幾乎沒有任何100%再生能源的研究;然而自2009年以來,每年科學社群的相關研究產量便呈指數性成長,尤其在2017和2018兩年暴增。

不過,這些研究仍有明顯的地域差異。文獻回顧整理了過去10年內100%研究的研究地域範圍,發現北美、歐洲、澳洲等國家的科學社群對這個議題的貢獻最多,連帶地這些地域也是被研究最透徹的地方;相對地,亞非等地的相關文獻仍嫌不足。

研究趨勢:動態、全系統分析、開源研究

除了研究數量的成長以外,科學社群的研究重點在這十年之內也有突破性的思維轉換。當前100%再生能源研究日益朝向「智慧能源系統」(Smart Energy Systems Approach)的研究方法。亦即,研究者不再侷限於電力系統的全面綠能化,而是進階討論所有能源需求如何全由再生能源供應,而不同部門之間如何耦合以達到全系統成本最小化。

文獻回顧指出,部門耦合雖然會讓電力需求增加,但同時也提供電力系統額外的系統彈性選項(比如將電動車納入智慧電網的V2G概念),因此對100%轉型路徑能提供更大的可行區間。

另一個重要的研究趨勢則是從靜態最佳化結果轉為研究動態轉型路徑。動態路徑的研究旨在說明,從現在當下的傳統能源系統過渡到100%綠能系統過程中,何時導入何種政策或技術,最具成本有效性。這些往往才是對政策制定較有意義的資訊。

最後,對自身研究在公共領域影響力的反思,也讓不少能源領域學者日益提倡開放能源(open energy)、「解放模型」(’’Free the models’’)等概念:亦即,能源系統研究的模型、參數設定、以及輸入輸出數據等等重要資訊都應和論文同時公開,以讓社會大眾能完整參考。目前推行這些觀念的,包括彭博新能源財經創辦人Michael Liebreich、德國Karlsruhe工業大學研究員Tom Brown等人,以歐洲的學者專家居多。

研究多數共識:100%再生能源技術上可行

那麼,這麼多關於100%再生能源的研究,有甚麼共通點?文獻回顧整理發現,絕大多數的100%再生能源研究都指出,100%再生能源的能源系統,並沒有技術上無法辦到的理由(文獻回顧引用的181篇研究中,僅有4篇被提及不同意此論點);比較大的爭議,在達成這種系統的經濟可行性。目前約一半的文獻認為100%再生能源代價高昂,另外一半則認為不論技術上或經濟上,這種系統都是可行的。

(值得留意的是,對100%再生能源的經濟可行性存疑的學者,大多也承認綠能將在低碳能源系統的主導地位;比如美國學界對於再生能源能供應80%以上的能源需求已無太多爭論,目前大部分的論戰都圍繞在剩下的20%是否需要核能或具有碳捕捉設備之火電。)

現有文獻不足之處

未來隨著再生能源技術日新月異、成本逐步下降,同時世界各地氣候行動的呼聲日益增加,100%再生能源研究的領域只會順著這個趨勢,繼續茁壯。那麼,目前這個領域有甚麼不足之處?

文獻回顧整理後發現,當前研究大多著重在供給面的技術選項,而較少著墨需求面的能耗減量政策。研究地域上的不平均也是隱憂,譬如東亞區域,因為100%研究產能不足,對能源轉型的公共討論和政策制定空間也因此大幅被限縮。

另外,目前針對全球能源系統的研究裡,高時空解析度的逐時能源系統模型的應用仍處於萌芽階段。文獻回顧的作者們認為,相關模型的應用,對於100%再生能源的路徑能否在IPCC接下來的第六版評估報告有更高的份量,至關重要。同時,不同城市、地區、國家之間的整合路徑,也會是未來的研究重點。

最後,作者們認為當前能源轉型對於生物圈的影響評估仍顯不足。同時,能源轉型的大趨勢是從化石燃料主導的能源系統轉型成金屬資源為主的能源系統,相關物質需求也需要更進一步的研究。

(關於能源轉型對金屬需求改變造成的影響,可以參考晚近IRENA的報告《A New World: The Geopolitics of the Energy Transformation》以做延伸閱讀。)

(本文原載於媽盟粉專

能源轉型文摘

這系列文章收錄各種能源轉型最新的學術研究、新聞或文章。

Tony Yen

Written by

Tony Yen

A Taiwanese student who studies in the master program of Renewable Energy Engineering and Management in University of Freiburg.

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