DESERTEC基金会建议，通过将非洲沙漠与欧洲城市连接起来，可以满足欧洲20%的电力需求(图1)。这个想法是在中东和北非(MENA)国家建造大量的聚光太阳能(CSP)发电厂，并通过非常高效的高压直流电缆将电力传输到欧洲。沙漠中的CSP，如下面更详细的解释，具有产生可再生电力的潜力，可预测，每天可达15-16小时，从而克服了光伏和风力发电的两个主要问题:间歇性和运行时间短。
2010年国际能源机构发布了一份著名的技术路线图，对CSP的前景非常乐观，并预测了大量的电力从中东和北非国家传输到欧洲——到2050年将达到总用电量的15%(见IEA 2010)。
图1。沙漠技术欧盟-中东地区概念
源:沙漠技术基金会。
自从西门子2012年10月退出合作伙伴关系以来，DESERTEC项目就失去了吸引力，但对于许多主张快速向零排放欧洲电力系统过渡的支持者来说，建设跨地中海电网的想法仍然非常有吸引力。1
我们在本专栏中解决的主要问题如下:
- 从中东和北非沙漠地区满足欧洲大部分电力需求，在经济、技术和政治上是否可行?
我们通过使用综合评估模型WITCH生成的数值情景来回答这些问题，以研究何时、多少、在哪里投资CSP最优，以及欧盟-中东和北非电力市场的潜在规模(Massetti和Ricci 2013)。我们发现欧洲现在投资大型CSP项目还为时过早。有试点项目的空间，但跨地中海CSP贸易的巨大经济效益要到2050年以后才能显现。然而，欧洲与中东和北非国家广泛的电力贸易对欧洲能源安全的威胁不应被低估。
对无碳发电系统的需求
欧洲正在制定越来越严格的温室气体减排目标，旨在引领世界应对气候变化。2如果欧洲真正的目标是实现预测的+2°C的温度限制，更严格的目标将随之而来，因为总排放量必须基本降至零。
由于欧洲核电和化石燃料发电厂的碳捕获和存储前景不确定，可再生能源可能会在未来的技术组合中发挥重要作用。风能和光伏发电等可再生能源的问题在于它们是间歇性的——风力不稳定，太阳在晚上也不发光。一个依靠风能和光伏发电提供大部分发电能力的电力系统，必须通过新的输配电电网、存储能力和备用能力进行升级。与煤炭或天然气热电厂相比，这是昂贵的，因此不利于可再生能源技术(EPRI 2011年和IEA 2014年)。
聚光太阳能
理想的技术应该从完全可再生能源中提供稳定、可调节和可预测的电力。CSP生成非常接近这个最优值。这个想法极其简单，就像锡拉丘兹围城战中阿基米德的镜子一样古老——反射面用来将直射的阳光集中在一个狭窄的区域，从而加热液体。这些液体被收集起来，用来将水转化为蒸汽，然后用来转动任何热电厂的涡轮机。阳光直射代替了煤和天然气。这种液体在白天所能达到的温度非常高，以至于可以在晚上的大部分时间里储存热量，并产生几乎连续不断的电力流。天然气轮机可作为系统的补充，以保证24小时发电。
CSP的主要缺点是它需要几乎无云的天空(不像光伏，即使在多云的天空下也能正常工作)。CSP的最佳地点是沙漠，因为缺乏湿度大大降低了平均云量。沙漠还提供了大片廉价的土地来安置大片的镜子。问题是沙漠通常不靠近人们生活和工作的地方。他们的想法是使用新一代输电电缆，将电力损耗降到最低，将沙漠与城市连接起来。
除了西班牙和意大利南部的一些例外，欧洲缺乏CSP的最佳气候和地理条件。大规模开发CSP在欧洲是不可能的。然而，地中海南部沿岸的许多国家拥有丰富的沙漠和理想的气候条件，因此计划建立一个延伸到中欧和北欧的电缆网络。
经济、技术和政治上的可行性
CSP是一项经过验证的技术，可以大规模应用。领先的国家是西班牙，装机容量为2300兆瓦，其次是美国，过去10个月有4座工厂投入运营，总装机容量达到1435兆瓦。更多的工厂将在2014年和随后几年在美国、中国、印度、南非以及中东和北非的其他国家建成(图2)。
CSP在经济上有吸引力吗?目前，CSP发电的成本是化石发电的四到五倍(见IPCC 2011)。到目前为止，CSP 98%的投资需要公共支持(Stadelmann et al. 2014)。但是，如果碳排放开始受到惩罚，并且“边做边学”有助于降低CSP的投资和运营成本，那么投资动机将如何改变?“气候友好型”的投资环境是否会刺激对CSP的大规模投资?欧洲从非洲和中东沙漠进口CSP是否会变得有吸引力?
图2。各国已安装和规划的聚光太阳能发电厂
源: IPCC第三工作组提交的可再生能源和减缓气候变化特别报告技术摘要图TS.3.3。http://srren.ipcc-wg3.de/report
在最近的一项研究中，我们使用了综合评估模型WITCH来回答这些问题(Massetti and Ricci 2013)。我们生成了CSP投资的数值情景，假设各国同意减少排放，以约50%的概率将全球平均气温上升限制在比工业化前水平高2°C以内。3.
我们发现，只有在2050年之后，投资大规模部署CSP才具有经济效益。在本世纪上半叶，还有其他成本更低的方法来减少温室气体排放。由于核能和(或)化石燃料发电厂的碳捕获和储存受到限制，大规模投资将在本世纪上半叶开始。非常有趣的是，在没有气候政策的情况下，在国内生产潜力较高的地区投资CSP也变得有吸引力。
欧洲发现，在2035-2040年左右，从中东和北非地区的太阳能发电厂进口电力很有吸引力。在本世纪下半叶，由于边做边学，CSP的价格下降，在我们的情景中，欧洲开始从中东和北非国家进口大量电力。2050年后，CSP电力将占欧洲总用电量的18%至46%，这取决于核能和碳捕获与存储是否受到限制。4
因此，与已宣布的目标相一致的强烈气候政策信号将使CSP在经济上非常有吸引力，并将为建设大型跨地中海电力网络创造动力。因此，根据我们的分析，类似desertec的项目似乎还不成熟，但在经济上是合理的——如果政策正确的话。
然而，从地缘政治的角度来看，欧洲是否可能依赖中东和北非国家来满足其大部分电力需求?
这显然是一个开放而微妙的研究问题，值得更多的关注。我们主要提出两点建议:
- 首先，如果市场将由少数大型(国有)运营商主导，就存在寻租行为的具体风险。
通过我们的模型，我们表明中东和北非地区有动机形成一个卡特尔，以高于边际成本的价格供应电力。在目前的地缘政治条件下，设计能够增加市场竞争的机构似乎是一项极其复杂的任务，但这并非不可能。
- 其次，也是最重要的一点，一个庞大的跨地中海电力市场有可能增加欧洲对能源的依赖。
重要的是要记住，需求和供应必须不断平衡，以保证电力系统的正确运行。突然的大失衡通常会导致停电。这意味着中东和北非地区发电量的意外下降将使整个欧洲电网面临停电的风险。
从长远来看，将电力从沙漠输送到欧洲的主要限制似乎不是技术上的，甚至不是经济上的。这是一系列的地缘政治考虑，值得谨慎。这些问题是可以解决的，特别是在很长一段时间内。在目前的国际形势下，CSP在欧洲的未来似乎只扮演着一个边缘角色。与美国和中国相比，这是实现完全脱碳经济的一个限制因素，因为这两个国家都有非常大的国内CSP发电潜力。
参考文献
电力研究所(EPRI)(2011)，“估算智能电网的成本和收益:全面运行的智能电网的投资需求和最终收益的初步估计，加州帕洛阿尔托，5月25日。
欧盟委员会(2014)，“2020年至2030年期间气候和能源政策框架”。
国际能源机构(IEA) (2010)， "技术路线图:聚光太阳能”。
国际能源署(IEA)(2014)，”技术路线图:能源存储”。
政府间气候变化专门委员会(IPCC) (2011)，可再生能源和减缓气候变化特别报告剑桥大学出版社出版。
Massetti, E和E C Ricci(2013)，”集中太阳能发电投资的最佳规模和时机评估”,能源经济， 38: 186-203。
Stadelmann M, G Frisari, R Boyd和J Faes(2014)，”公共财政在公共卫生服务中的作用:背景与有效性衡量方法，威尼斯:气候政策倡议。
脚注
1例如，Jeffrey D Sachs教授对在世界沙漠中产生太阳能的可能性持乐观态度http://bigthink.com/videos/jeffrey-sachs-on-the-power-of-solar-energy）.
2到2030年，欧盟28个国家作为一个整体，承诺在1990年的水平上减少40%的排放量，提高能源效率(今年晚些时候将确定一个水平)，并将可再生能源的份额提高到总能源需求的至少27%(欧盟委员会2014年)。
3到2100年，全球温室气体浓度上限为535ppm co2当量。我们使用的政策工具是全球排放交易计划，有一个独特的全球碳价格。
4我们假设CSP具有直接替代煤电厂和天然气电厂的特点。
