撒哈拉沙漠變「太陽能農場」能解救氣候危機嗎?|地理看世界

撰文:葉德豪
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近年太陽能價格大跌,十多年前在撒哈拉沙漠建設大型「太陽能農場」以滿足本地及歐洲能源需求的提案,再次受到各界注目,特別是在全球最大的聚光太陽能熱發電廠2016年在摩洛哥落成之後。2018年,《科學》期刊更刊布了多國學者的模型推算,指出在撒哈拉沙漠興建風能和太陽能農場不僅能減低碳排放、緩減人為氣候變化,還有可能增加撒哈拉降雨和植被,使之重回約五千年前告終的非洲濕潤期。

位於北非的撒哈拉沙漠面積高達920萬平方公里,從西而東橫跨10個國家,只比中國土地面積小一些。由於其沙漠地貌不宜人居,據估計在這片廣大土地之上只住上大約250萬人,極少人造建設,也沒有重要農業價值,提供了充足發展太陽能農場的土地,特別是比光伏太陽能板佔地較多的聚光太陽能熱發電(concentrated solar power,CSP)。

陽光充足且接近歐洲的地利

而觀乎全球各地的太陽能發電潛力,撒哈拉也是得天獨厚。一方面,其從太陽獲得的單位面積能量,幾乎處於全球最高的位置,每平方米可高達每年2,800 kWh。另一方面,北非與歐洲只有地中海之隔,建設輸電設施成本較低——事實上,目前摩洛哥與西班牙之間已有兩條大約長30公里的貫通電纜,第三條正計劃在2026年前開展建設。

圖中可見北非一帶的每地面面積從太陽獲得能量的量幾乎是全球最高。(SOLARGIS)

這種地理優勢,更有歐洲本身的產業優勢加持。由於歐洲相對有較長且不齊的海岸線,適合海上風力發電,而且歐洲多國重視潔淨能源的傳統也加強了跨海電網連接互補長短的需要,全球除中國以外的八成海上電纜市場都掌握在歐洲公司手中,便於鋪設跨地中海的電網,能解決北非輸出多餘電力的問題。

事實上,早在2009年,已有科學家和其他私人投資者在德國組成了一個名為「DESERTEC」的基金會,推動北非太陽能和風能發電,再通過跨地中海電網出口到歐洲的倡議。當中,他們按2005年的全球耗電量估算,其實只要大約9萬平方公里面積的CSP發電裝置,已能足夠供應全球耗電需要——這個面積尚不足撒哈拉沙漠的1%。

DESERTEC對於北非和中東的太陽能供電構想圖。圖中最大紅色正方形的面積代表了2005年供應全球電能需求所需的CSP發電設置面積。(DESERTEC)

根據國際可再生能源機構(IRENA)2019年的報告,從2010年到2017年,中東和北非國家的太陽能電力產能已增加了14倍。當中的一些發電成本也與太陽能堪足比較,而且不用面對國際能源價格浮動的風險。例如摩洛哥的瓦爾扎扎特(Ouarzazate)太陽能發電廠尚在興建的第四期每度電的成本大約為5美仙,而其前三期的一度電售價也不足0.2美元。

沙漠變綠洲的副作用?

除了發電成本有競爭力外,文首提到的2018年《科學》期刊論文,更提到在撒哈拉沙漠大規模興建太電能農場,將帶來「氣候回饋」效應,使沙漠重現生機。

由於太陽能板反射太陽輻射的能力遠遠比沙弱,因此在沙漠上大規模鋪設太陽能板,將會增加沙漠的溫度,使空氣上升,造成低氣壓,引來周邊海洋較濕潤的空氣流入、上升、造成降雨。降雨增加又將增加沙漠上的植被,植被則會增加沙漠的吸熱能力和水份蒸發,因增加降雨。如此往復來回,將使撒哈拉沙漠變成一個更為濕潤的環境。這可算是撒哈拉太陽能農場的最佳副作用。

文章模型顯示,當撒哈拉沙漠20%面積都變成太陽能農場後,這種回饋效應就有可能發生。

與傳統光伏太陽能板不同,CSP的原理是用鏡子將太陽光反射聚集在一點之上,加熱某物質再推動渦輪發電。圖中的瓦爾扎扎特第三期直接加熱柱狀物中的熔鹽,後者更能在沒有陽光之下憑剩餘熱力繼續發電。(Twitter@AfricaFactsZone)

全球性的氣候影響

雖然這個「撒哈拉太陽能發電救世界」的夢想看似甚為完美,不過看似完美的計劃背後往往都有現實中的隱憂。

去年就有另一批學者發表論文,指出在撒哈拉大規模發展太陽能對全球氣候將有負面影響。根據他們的估算,如果20%的撒哈拉沙漠都建成太陽能農場,撒哈拉將升溫1.5℃,並導致全球額外升溫0.16℃。由於全球升溫並不平均,這將會導致北極增加融冰,變相助長升溫。

同時,此研究顯示撒哈拉沙漠的新熱源將使集中在亞馬遜森林和剛果盆地森林的降雨住北移,造成亞馬遜出現乾旱,而其損失的雨量幾乎與撒哈拉新增的雨量相當。這種改變也會為北美和東亞帶來更頻繁的颶風。而由撒哈拉沙漠由風吹穿越大西洋的沙塵一直是亞馬遜森林的重要養分來源,撒哈拉的綠化有可能會以亞馬遜的去森林化為代價。

上述的這些模型推想討論所突顯出來的,是氣候系統中的各個元素環環相扣,任何改變會帶來什麼具體的影響,未必能預先準確測度。然而,這些模型中20%撒哈拉沙漠都變成太陽能農場的假設,在現實當中難以實現,而且即使撒哈拉要發展成大型太陽能農場,其主要供應對象也只在本地與歐洲,沒有這麼大的需求。因此,這些宏觀的氣候影響,雖然值得參考,卻未必能切合未來的可能發展。

沙漠太陽能的現實限制

不過,撒哈拉太陽能農場的倡議,的確會面對不少現實限制。首先,撒哈拉沙漠的交通設施嚴重不足,目前能通行南北的也只有大約四條主要幹道,要在該地興建太陽能農場和相關輸電設施的先決條件將會是價格高昂的其他基建投資——這也許解釋了上述摩洛哥的太陽能農場只在沙漠之邊,而並非真正建在沙漠之中。

其次,太陽能農場的用水量也決定了非常缺水的撒哈拉沙漠難以集中一處大規模發展太陽能。例如摩洛哥的瓦爾扎扎特每年用水就高達300萬平方米,相當於香港大約四日的全境耗水量。

同時,撒哈拉沙漠幅覆蓋的多個國家都有嚴重的恐怖活動和政治不安,這明顯也限制了當地在短期內發展太陽能的可能。而且,歐洲人到當地興建太陽能農場供應歐洲這件事本身,就極有殖民者奪取殖民地資源的影子,要讓當地人接受此等計劃將面對另一系列的政治困難。

撒哈拉沙漠缺乏基礎交通建設,難以興建大型太陽能農場。圖中紅標處為摩洛哥瓦爾扎扎特的位置。(Google Maps)

當然,即使撒哈拉不能鋪滿太陽能板,這也不代表撒哈拉國家不應尋求發展太陽能。在區內政治較為穩定的摩洛哥,其瓦爾扎扎特發電廠的年淨產電量就佔了其全國總消耗量超過4%,而這只是一個太陽能農場而已。如果同類的發電設備能夠在不同的可行區域推展,其對當地經濟、能源需求和減排目標的影響也將是非常可觀的。

撒哈拉的太陽能,解救不了全球的氣候危機,也大概解決不了一水之隔歐洲的潔淨能源需求,卻無庸置疑是應對全球暖化的重要項目。

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