2050摆脱石化燃料不是梦 （上）
来自美国史丹佛大学、加州大学柏克莱分校、德国柏林工业大学以及丹麦奥胡斯大学的研究团队日前在 Joule 期刊发表一篇论文，预测若是2050年全人类能100%使用替代能源，会是什么样的光景。
再生能源好像永远只是一场梦，画面很美，却永远达不到。每每到气候高峰会，各国领袖齐聚一堂大拜拜，郑重宣示要达成某某目标，再拍张团体照就功德圆满了。虽然我们约略了解气候峰会的意义，但大多数人对再生能源的概念却模模糊糊，对其内容及发电潜力也一知半解，在这篇名为《100% Clean and Renewable Wind， Water， and Sunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World》的论文中，研究团队根据世界上主要的135个国家的能源数据及科技水平进行计算，提出了一个技术发展路线图。2012年全世界的能源需求总量约为12兆瓦（12TW， 1TW=1012W），但再生能源只占其中的5.6%，要如何在2050年补足这个缺口呢？本文将简单介绍其研究成果，让读者们能对再生能源有更多认识。
首先，什么是再生能源？
在论文中，其再生能源包括WWS，也就是风（Wind）、水（Water）及光（Sunlight）。使用再生能源最主要的目的是减低二样化碳排放，因此作者并未视生质燃料（Biofuel）为再生能源；此外，核能虽然不排放二氧化碳，但其危险性高且核废料的存放颇具争议，因此也被排除在外。
至于WWS实际上又包含哪些技术，在哪些地区发展较为适合呢？
1. 风力发电
（1）陆上风力发电 （Onshore Wind）
陆上风力发电简单来说就是在陆地上设置像风车一样的风力发电机，这类型的发电适合在一片平坦的地形发展。包括北美大平原、撒哈拉沙漠、戈壁沙漠、澳大利亚、阿根廷南部及南非等地。
（2）离岸风力发电 （Offshore Wind）
另一种风力发电则是设置在水上的离岸发电，这些风力发电机并不建造在陆地上，而是靠近陆地的大陆棚上，一般来说离岸风力的风速会比路上风力高，但架设成本也高。适合发展离岸风力发电的地方包括：北美洲的东西两岸、五大湖区、欧洲的北海、欧亚大陆东西两侧，另外还包括秘鲁、阿根廷、澳大利亚、南非、印度、沙特阿拉伯及西非外海。
目前世界上风力发电以陆上风力发电为主，2015年全世界风力发电总量约为4200亿瓦 （420 GW， 1GW=109W），其中离岸风力发电只有120亿瓦（12GW），占风力发电总量不到3%。而最致力发展于离岸风力发电的国家为英国，2015的总发电量为50亿瓦（5GW）。
2. 太阳能发电
（1）屋顶太阳能板 （rooftop solar PV panels）
顾名思义，屋顶太阳能板即是在一般住宅或是商业建筑大楼的屋顶铺设太阳能板。虽然发电容量（capacity）不高（家用大约5千瓦，商业或公部门建筑约为10万瓦），但在屋顶铺设太阳能板不需要额外购买土地，适合地价昂贵寸土寸金的地区。
（2）太阳能发电厂 （utility-scale PV plants）
太阳能发电厂即是在一块特定地区铺上大量太阳能板进行发电，发电容量大于500万瓦（5MW）。
（3）聚光太阳能热发电（Concentrated solar power， CSP）
这是一种不需要使用太阳能板的发电方式，原理是利用大量的镜子将太阳光聚焦在某一处，该处会因为聚焦产生热，利用热能来发电。（有兴趣的读者可以看看这则Youtube影片）。聚光太阳能热发电虽然发电能力强，但建置成本高，而且其原理为聚焦，容易因为云层造成光散射以致无法聚焦；相对来说，太阳能板则不会受到影响，就算天上有云，只要有光达到其表面依旧可以发电。所以聚光太阳能热发电的选址相当重要，在云层较少且空旷的地方最适合。
目前世界上聚光太阳能热发电量最多的国家为西班牙，2015年发电量为23亿瓦（2.3GW），占全球聚光太阳能热发电量将近一半（2015年全球为49亿瓦4.9GW）。
而利用太阳能板发电，2015年全球总发电量约为2254亿瓦（225.4GW）。发电总前五名的依序为中国、德国、日本、美国及意大利。值得注意的是中美这两个大国的太阳能发电大约有40%来自太阳能发电厂；但德国日本及意大利却是以屋顶太阳能板为主力，以德国来说，397亿瓦（39.7GW）的太阳能发电，有360亿瓦是从屋顶上来（36GW），足以见得德国推展太阳能电池的普及程度。
3. 其他
（1）地热 （Geothermal）
地热发电的来源主要为火山、温泉或是地面吸收的太阳辐射热，相较于风力及太阳能其发电量较少，2015年总发电量为820亿瓦（82GW）。排名前两名的不意外是美国（200亿瓦，20GW）与中国（170亿瓦，17GW），而第三名的是瑞典（56亿瓦5.6GW）。
（2）水力 （Hydropower）
水力发电是目前再生能源中发电量最大的一种，2015年全球水力总发电量达到4400亿瓦（440GW），占全球总发电量的4%。水力发电相对其他再生能源技术较为成熟，某些国家的电力几乎100%来自水力，包括阿尔巴尼亚、巴拉圭、赞比亚、塔吉克斯坦及尼泊尔等等。但也因为水力发电技术成熟，且地点受限，因此成长的潜力远比风力与太阳能小，如果人类真的要100%摆脱石化能源，水力并不是个好选择。
（3）潮汐 （Tidal）及波浪能（Wave）
潮汐与波浪虽然也是干净能源，但是一样受到地理的限制，在论文的预测中，对于未来能源的供应量不到0.1%。
接下来看看2050摆脱石化燃料不是梦 （下）
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