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美國國家太陽能計畫2050年佔40%電力來源

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科技產業資訊室 (iKnow) - Lisa & May 發佈於 2021年9月14日

圖、美國去碳化電網基礎建設(2020至2050)
 
美國能源部發布太陽能未來研究,為零碳電網提供藍圖。美國能源部(DOE)2021年9月8日發佈了《太陽能未來研究 Solar Futures Study》,詳細說明了太陽能將在國家電網在脫碳議題扮演關鍵角色。根據研究,到2035年,太陽能有可能為美國40%的電力提供動力,推動電網的深度脫碳,並在不提高電價的情況下雇用多達150萬人。研究結果呼籲大規模和公平部署清潔能源,強調拜登政府為解決氣候危機和在全國範圍內,迅速增加可再生能源的使用。

為了實現太陽能大規模部署,需要強化四個重點:
  • 太陽能技術、
  • 能源儲存、
  • 降低軟成本
  • 創造百萬個工作機會。
太陽能技術方面

太陽能電池需要降低成本和提升效率,以實現能源部的安裝量目標。根據報告,到2035年,美國每年需要增加四倍的太陽能安裝量,為可再生能源主導的電網提供1000 GW的電力。到2050年,太陽能可以為零碳電網提供1600 GW的電力,比今天美國所有住宅和商業建築所消耗的電力還要多。由於交通、建築和工業部門電氣化程度提升,到2050年,整個能源系統的去碳化可能會需要多達3000 GW的太陽能。

如果太陽能發電的效率無法提升,則需要進一步提高安裝量,如果維持目前的價格,成本會太高,無法實現足夠的安裝量。
 
發電效率在上升,成本已經在下降。全球各地的企業和研究人員在新的製造工藝、材料等投入數百萬美元,技術的改善雖然是個別的,但隨著時間的推移會不斷增加。圍繞太陽能的基礎研究以及科學與方法的進步,必須繼續保持或超越過去20年裡的發展速度。
 
能源部建議,沿著使太陽能產品更便宜的思路進行研究,或堆疊電池以減少能隙(Energy Gap)相關的損失可能是關鍵。或是開發靈活性、類似瓷磚或瓦片的基材,以及可以將光線傳遞到農作物或建築內部的半透明的裝置。總體而言,根據報告,整體成本需減低近一半,從現在的平均每瓦1.3美元降至2030年的0.7美元,並持續壓低售價。
 
太陽能聚光器(Solar concentrator)方面,許多公司正在研究相關產品,以取代工業流程。這些可能不會被用來支持整個電網,但還是會取代許多基於化石燃料的製程。
 
能源儲存方面

至於,太陽能源在晚上必須依靠其他形式的儲能,最初可能是核電或煤炭發電,但越來越多的將是收集白天的多餘電力。隨著,可再生能源提供高峰期用電覆蓋,使城市可以安全地脫離使用碳基(carbon-based)能源。雖然,人們經常從電池的角度來考慮能源儲存,但必須儲存能量排除了像鋰離子電池這樣的機制。而是,多餘的能量可以被用於耗能的可再生燃料生產提供動力,如氫燃料電池。當太陽能不能滿足需求時,這種燃料就可以用來發電。
 
此外,正如報告中所述,熱能、化學和機械儲存技術正處於不同的發展階段,包括抽水蓄熱、液態空氣儲能、基於重力的新型技術和地質儲氫。毫無疑問,將有各種新的技術出現,為國家提供各種程度的冗餘能源和存儲需求。這些將在很大程度上使太陽能和其他可再生能源能夠在更大比例以滿足能源需求。
 
降低軟成本方面

如果要提高太陽能電池部署速度,那麼成本必須下降,不僅僅是電池本身的成本,還包括端到端的各項內含成本:評估、會計、勞動力,並且保持公司的利潤。

降低非硬體成本已經是許多初創公司的目標,像是Aurora Solar。Aurora Solar是3D建模平台的開發商,旨在實現太陽能電池板安裝的自動化。平台採用衛星圖像和LiDAR資料、以及內建的邊緣檢測工具,來製作詳細的地形和建築物的三維模型,同時確定屋頂的尺寸和坡度,使企業能夠輕鬆規劃和安裝太陽能電池板。
 
目前,太陽能屋頂的整體成本可能是硬體成本的兩倍或更多。其中因素包含融資、法規和市場,背後各自都有不同的複雜問題。如果企業能通過精簡其時間或成本,從太陽能安裝的成本中減去1%,就能積少成多。這需要許多組織和業界的共同努力來實現,就像需要許多科學界專家的努力來改進太陽能技術一樣。
 
創造百萬個工作機會

太陽能的大規模採用也意味著大量的勞力需求,是目前估計美國國內的25萬太陽能產業從業人員的數倍。太陽能產業的工作機會將是多樣化的,從具有營造經驗的技術工人到管理電網的能源專業人員,以及將商業與政府自上而下的激勵措施結合的公私合營人才,額外的50萬到100萬個工作機會也會包括許多全新的公司和子產業,預計工作機會將包含65%的安裝和計畫開發,25%的銷售和製造。
 
此外,需要為石油和煤炭的能源企業所雇用的數萬人尋找出路,而可再生能源部門是一個完美的過渡空間。報告提到,在整個轉型過程中,某些化石燃料公司可能會面臨越來越大的財務困境,強烈建議為過渡計畫提供資金,包括培訓、重新安置和保證現有的財務福利,如養老金。(1610字;圖1)
 
美國能源部報告:Solar Futures Study report
 
 
參考資料:
The 4 things needed to reach Biden’s ambitious 2050 solar goal. Tech Crunch, 2021/9/9.
DOE Releases Solar Futures Study Providing the Blueprint for a Zero-Carbon Grid. Department of Energy, 2021/9/8.
Aurora Solar Company Profile, PitchBook.


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