撒哈拉沙漠变“太阳能农场”能解救气候危机吗|地理看世界

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近年太阳能价格大跌,十多年前在撒哈拉沙漠建设大型“太阳能农场”以满足本地及欧洲能源需求的提案,再次受到各界注目,特别是在全球最大的聚光太阳能热发电厂2016年在摩洛哥落成之后。2018年,《科学》期刊更刊布了多国学者的模型推算,指出在撒哈拉沙漠兴建风能和太阳能农场不仅能减低碳排放、缓减人为气候变化,还有可能增加撒哈拉降雨和植被,使之重回约五千年前告终的非洲湿润期。

位于北非的撒哈拉沙漠面积高达920万平方公里,从西而东横跨10个国家,只比中国土地面积小一些。由于其沙漠地貌不宜人居,据估计在这片广大土地之上只住上大约250万人,极少人造建设,也没有重要农业价值,提供了充足发展太阳能农场的土地,特别是比光伏太阳能板占地较多的聚光太阳能热发电(concentrated solar power,CSP)。

阳光充足且接近欧洲的地利

而观乎全球各地的太阳能发电潜力,撒哈拉也是得天独厚。一方面,其从太阳获得的单位面积能量,几乎处于全球最高的位置,每平方米可高达每年2,800 kWh。另一方面,北非与欧洲只有地中海之隔,建设输电设施成本较低——事实上,目前摩洛哥与西班牙之间已有两条大约长30公里的贯通电缆,第三条正计划在2026年前开展建设。

图中可见北非一带的每地面面积从太阳获得能量的量几乎是全球最高。(SOLARGIS)

这种地理优势,更有欧洲本身的产业优势加持。由于欧洲相对有较长且不齐的海岸线,适合海上风力发电,而且欧洲多国重视洁净能源的传统也加强了跨海电网连接互补长短的需要,全球除中国以外的八成海上电缆市场都掌握在欧洲公司手中,便于铺设跨地中海的电网,能解决北非输出多余电力的问题。

事实上,早在2009年,已有科学家和其他私人投资者在德国组成了一个名为“DESERTEC”的基金会,推动北非太阳能和风能发电,再通过跨地中海电网出口到欧洲的倡议。当中,他们按2005年的全球耗电量估算,其实只要大约9万平方公里面积的CSP发电装置,已能足够供应全球耗电需要——这个面积尚不足撒哈拉沙漠的1%。

DESERTEC对于北非和中东的太阳能供电构想图。图中最大红色正方形的面积代表了2005年供应全球电能需求所需的CSP发电设置面积。(DESERTEC)

根据国际可再生能源机构(IRENA)2019年的报告,从2010年到2017年,中东和北非国家的太阳能电力产能已增加了14倍。当中的一些发电成本也与太阳能堪足比较,而且不用面对国际能源价格浮动的风险。例如摩洛哥的瓦尔扎扎特(Ouarzazate)太阳能发电厂尚在兴建的第四期每度电的成本大约为5美仙,而其前三期的一度电售价也不足0.2美元。

沙漠变绿洲的副作用?

除了发电成本有竞争力外,文首提到的2018年《科学》期刊论文,更提到在撒哈拉沙漠大规模兴建太电能农场,将带来“气候回馈”效应,使沙漠重现生机。

由于太阳能板反射太阳辐射的能力远远比沙弱,因此在沙漠上大规模铺设太阳能板,将会增加沙漠的温度,使空气上升,造成低气压,引来周边海洋较湿润的空气流入、上升、造成降雨。降雨增加又将增加沙漠上的植被,植被则会增加沙漠的吸热能力和水份蒸发,因增加降雨。如此往复来回,将使撒哈拉沙漠变成一个更为湿润的环境。这可算是撒哈拉太阳能农场的最佳副作用。

文章模型显示,当撒哈拉沙漠20%面积都变成太阳能农场后,这种回馈效应就有可能发生。

与传统光伏太阳能板不同,CSP的原理是用镜子将太阳光反射聚集在一点之上,加热某物质再推动涡轮发电。图中的瓦尔扎扎特第三期直接加热柱状物中的熔盐,后者更能在没有阳光之下凭剩余热力继续发电。(Twitter@AfricaFactsZone)

全球性的气候影响

虽然这个“撒哈拉太阳能发电救世界”的梦想看似甚为完美,不过看似完美的计划背后往往都有现实中的隐忧。

去年就有另一批学者发表论文,指出在撒哈拉大规模发展太阳能对全球气候将有负面影响。根据他们的估算,如果20%的撒哈拉沙漠都建成太阳能农场,撒哈拉将升温1.5℃,并导致全球额外升温0.16℃。由于全球升温并不平均,这将会导致北极增加融冰,变相助长升温。

同时,此研究显示撒哈拉沙漠的新热源将使集中在亚马逊森林和刚果盆地森林的降雨住北移,造成亚马逊出现干旱,而其损失的雨量几乎与撒哈拉新增的雨量相当。这种改变也会为北美和东亚带来更频繁的飓风。而由撒哈拉沙漠由风吹穿越大西洋的沙尘一直是亚马逊森林的重要养分来源,撒哈拉的绿化有可能会以亚马逊的去森林化为代价。

上述的这些模型推想讨论所突显出来的,是气候系统中的各个元素环环相扣,任何改变会带来什么具体的影响,未必能预先准确测度。然而,这些模型中20%撒哈拉沙漠都变成太阳能农场的假设,在现实当中难以实现,而且即使撒哈拉要发展成大型太阳能农场,其主要供应对象也只在本地与欧洲,没有这么大的需求。因此,这些宏观的气候影响,虽然值得参考,却未必能切合未来的可能发展。

沙漠太阳能的现实限制

不过,撒哈拉太阳能农场的倡议,的确会面对不少现实限制。首先,撒哈拉沙漠的交通设施严重不足,目前能通行南北的也只有大约四条主要干道,要在该地兴建太阳能农场和相关输电设施的先决条件将会是价格高昂的其他基建投资——这也许解释了上述摩洛哥的太阳能农场只在沙漠之边,而并非真正建在沙漠之中。

其次,太阳能农场的用水量也决定了非常缺水的撒哈拉沙漠难以集中一处大规模发展太阳能。例如摩洛哥的瓦尔扎扎特每年用水就高达300万平方米,相当于香港大约四日的全境耗水量。

同时,撒哈拉沙漠幅覆盖的多个国家都有严重的恐怖活动和政治不安,这明显也限制了当地在短期内发展太阳能的可能。而且,欧洲人到当地兴建太阳能农场供应欧洲这件事本身,就极有殖民者夺取殖民地资源的影子,要让当地人接受此等计划将面对另一系列的政治困难。

撒哈拉沙漠缺乏基础交通建设,难以兴建大型太阳能农场。图中红标处为摩洛哥瓦尔扎扎特的位置。(Google Maps)

当然,即使撒哈拉不能铺满太阳能板,这也不代表撒哈拉国家不应寻求发展太阳能。在区内政治较为稳定的摩洛哥,其瓦尔扎扎特发电厂的年净产电量就占了其全国总消耗量超过4%,而这只是一个太阳能农场而已。如果同类的发电设备能够在不同的可行区域推展,其对当地经济、能源需求和减排目标的影响也将是非常可观的。

撒哈拉的太阳能,解救不了全球的气候危机,也大概解决不了一水之隔欧洲的洁净能源需求,却无庸置疑是应对全球暖化的重要项目。

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