用于发电的化石燃料终将成为历史，原因有二：（1）它们是有限的、正在枯竭的矿产资源，在未来几代人的时间里将变得越来越稀缺；（2）在几个世纪的时间跨度内，燃烧那些经过数百万年自然过程产生的碳氢化合物，正在排放过量的二氧化碳，使地球系统不堪重负。
摆脱化石燃料需要一个理性且务实的战略。鉴于电力需求的快速增长，发电领域的这一转型现在甚至更具挑战性。
本白皮书旨在阐述，植物捕获太阳能并将其转化为富含能量的碳水化合物进行储存的方式，应成为我们实现理性、务实、可靠、可持续、安全且经济可行的脱碳未来路径的一部分。
目前存在将太阳能转化为能量储存（主要是电池储能）的技术解决方案。但也有一种自然的解决方案可以补充向脱碳未来的转型。请记住，植物利用太阳能产生的碳水化合物是所有化石燃料（碳氢化合物）的前身！
本白皮书附有一个新的交互式仪表板，该仪表板展示了如何利用一部分以兆瓦时计捕获的太阳能来制造绿色电力。
挑战
传统上，电网由两部分组成：一部分是提供日夜稳定电力的基荷电站，另一部分是按需提供电力以匹配基荷以上需求变化的调峰或电网平衡电站。基荷以上的可变需求一直由水力发电（在可能的地方）以及化石燃料（主要是天然气和煤炭）发电站来满足。核电仅限于承担基荷。
未来的电网仍然需要基荷。来自人工智能（AI）超大规模企业的快速增长需求需要基荷。然而，未来的电网将拥有大量来自风能和太阳能的电力，这些电力在有风和阳光时馈入输电和配电系统。
将风能和太阳能发电的波动性和间歇性转变为可预测和可控供应的解决方案是储能。今天，或许至少在未来几十年内，还没有足够的技术储能解决方案能够提供太瓦时级的电力，以在峰值需求与风能/太阳能供应不足之间的缺口持续存在时维持电网运行。
除了有限但不断增长的电池储能，新建的天然气发电厂是当今应对电力需求变化的典型解决方案。天然气可以并且将在为电网供电方面发挥作用。但天然气是一种正在枯竭的化石燃料，燃烧时会排放地质封存的二氧化碳。从经济和生态角度来看，它都不是中长期可持续的解决方案。它也不是一个可以快速实施的解决方案。
对于承诺未来实现碳中和的公司来说，增加天然气发电与其使命和信息相悖。这对需要在全球范围内培育绿色形象的大型AI/『数据中心』开发商来说尤其具有挑战性。
存在一种可持续的、不排放碳的储能解决方案，可以在从现在到脱碳未来的转型中发挥重要作用；并且它也可以成为脱碳未来的一部分。即使有了大规模的技术储能解决方案，仍然会有所谓的"长尾"时期，需要按需发电。而且该解决方案几乎可以立即实施。
该解决方案利用了大自然自身的太阳能储能。
大自然自身的太阳能储能
每年约有5.7 x 10^24焦耳的太阳能辐照地球表面。这些太阳能是我们星球生态系统的重要组成部分。植物和光合生物利用这种能量将大量的二氧化碳转化为C6H12O6（葡萄糖）。植物生长的化学过程将葡萄糖转化为其他碳基分子，如糖（半纤维素）、纤维素、木质素和其他植物物质。每年，太阳能和光合作用将数十亿吨的二氧化碳和水转化为植物物质和氧气。
这些植物物质的一部分是树木。虽然有些森林没有、也不应该被用于供应林产品工业，但有数百万公顷的森林经过管理和培育，持续生产用于木材的圆木、用于纸浆和造纸/包装/生活用纸的木片，以及诸如定向结构刨花板和中密度纤维板等工程木制品。
这些被管理的"经营性"森林，实际上就是树木农场。这些被管理的森林循环经历再生、生长成熟、采伐，然后再生的阶段。生长速率，从而采伐之间的周期，取决于气候、地理、树种和其他因素。
森林覆盖了世界陆地表面的31%。这大约是40亿公顷。
一个典型的经营性森林在成熟期每公顷约含350至400吨生物量，平均生长速率约为每公顷每年12吨。每吨木材的平均能量含量约为8.64千兆焦耳。因此，世界森林每年储存约4150亿吉焦或115,000,000吉瓦时（GWh）的能量。2024年全球太阳能和风能发电总量约为4,625,000（GWh）。也就是说，2024年地球森林捕获的能量大约是当年风能和太阳能发电量的25倍。
几乎所有由太阳能电池板和风力涡轮机产生的电力都在生产的同时被消耗掉。如果没有中间储能，太阳能和风能是不可调度的（可调度意味着电力可以在需要时供应）。而世界森林捕获的太阳能是被储存起来的。森林是大自然自身的太阳能电池。并且，就像风能和太阳能一样，其中一些森林可以成为永久更新的资源。
我们能否可持续地利用世界上最大的储能系统并提供按需的无碳电力？
并非所有40亿公顷的全球林地都用于为林产品工业提供主要原料。被管理并可持续供应林产品工业原材料的林地占总林地的比例因国家和区域而异。
如上所示，森林在持续生长中持续捕获太阳能。
然而，将所有森林视为储存太阳能的来源既不可能，也不符合生态责任。但其中一部分可以负责任地用于生产替代煤炭的固体燃料（以木屑颗粒形式），这些燃料可用于可调度发电。只要采伐量不超过经营性森林内的生长量（使整个战略合理的基本必要条件！），大气中来自燃烧的二氧化碳净增量就是零。
利用太阳能产生的碳水化合物生产可调度电力已经在大型规模上通过致密化固体燃料得以实现。一个例子是英国最大的发电站Drax，它将在2025年使用100%木屑颗粒燃料生产约14太瓦时（TWh）的碳有益电力。该电站曾经是英国最大的燃煤电厂，也是英国电网中最大的二氧化碳排放源。用于生产2025年14太瓦时（TWh）电力的木屑颗粒燃料，包含了2025年可持续管理的森林捕获的部分太阳能。
英国最大的发电站Drax
重要的是要理解，只有一部分初次采伐物适合用作公用事业规模电站的煤炭替代燃料。
木屑颗粒制造业利用木材生产的副产品以及采伐树木中不适合制造木材的部分。适合制造木材的那部分树木始终具有最高价值，几乎总是流向锯木厂。如果该地区有纸浆和造纸厂或工程木制品厂，剩余部分中的一部分（以木片形式）将变成纸张、包装、生活用纸，或OSB和MDF等建筑产品。
颗粒制造商为锯木厂的副产品提供了一个有价值的增值出路。进入锯木厂的原木中约有35%至55%不会变成木材、地板、橱柜等。
木屑颗粒生产商是"底层食客"，利用这些废料。并且，就像其他生态系统中的许多底层食客一样，颗粒工厂对低价值木质生物质残余物的需求在整个林产品生态系统中发挥着宝贵的作用。
一个经营性森林可以支持多少兆瓦的发电容量？
使用由升级木质生物质生产的煤炭替代燃料，引发了许多关于"生产燃料过程中森林被破坏"的误导性批评。然而，这些批评者并不担心木材、橱柜、包装或卫生纸是如何生产的。
如上所述，以及多年来许多FutureMetrics白皮书中所述，它们都来自同一个源头：持续更新的森林，以便依赖它们的工厂每天、每年都能获得不枯竭的原材料供应。林产品行业原材料供应枯竭，与任何理性的商业模型相悖，这些模型始于数亿美元💵的投资，并需要很长的生命周期来证明投资的合理性（例如，锯木厂、纸浆造纸厂和颗粒厂）。
经营性森林不仅持续更新制造木材等所需的材料供应，它们还持续捕获太阳能。其中一部分持续更新的捕获能量，可以用来替代一种不可再生的、正在枯竭的资源——煤炭，用于发电。
让我们量化一下……
为此，FutureMetrics创建了一个交互式仪表板。该仪表板可在FutureMetrics网站上免费使用。这个仪表板讲述了一片经营性林区的故事，这片林区被用来生产工厂所需的木材，这些工厂将其转化为板材、纸张、纸板、生活用纸、地板等。"废料"，即初次采伐中没有更高价值用途的剩余物，最终流向了颗粒厂。
仪表板显示了经营性森林的面积（以平方公里计）。森林的生长速率和采伐年份决定了生物质中储存了多少吉瓦时的太阳能。年采伐量中未用于更高价值产品的部分，决定了有多少储存的太阳能转化为升级后的煤炭替代固体燃料。
最后，仪表板的故事在右下角完成，用户可以看到在这片特定区域内，每年采伐的面积可以支持多大的发电站。
下页的图像是仪表板打开时的截图。交互式控件允许用户试验不同的输入假设。
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基于默认假设，一片20,000公顷的经营性森林每年将储存足够多的吉瓦时太阳能，以支持一个500兆瓦的发电机组。
20,000公顷（200平方公里）算多吗？点击"Is this a lot"按钮，可以看到这20,000公顷面积仅占美国佐治亚州经营性林地面积的0.021%，占不列颠哥伦比亚省经营性林地面积的0.009%。
对于佐治亚州的场景，采伐周期设定为32年（仪表板用户可以更改该假设）。这意味着，为依赖这片经营性林区景观的锯木厂、纸浆厂和颗粒厂供应原料所需的总面积为32乘以200平方公里，即6400平方公里，约占佐治亚州所有经营性林地的6.7%。
这一策略可以轻松融入佐治亚州（和不列颠哥伦比亚省）现有的大型林产品产业版图。
结论
这种煤炭替代策略的应用存在局限性。任何系统的承载能力可以定义为，通过自然更新可以无限期维持的对该系统的最大需求水平。可用于可持续发电的森林捕获太阳能，受限于经营性森林资源的规模和生长速率。尊重生长/采伐比的界限并培育资源至关重要。
但在这些约束条件下，存在着巨大的机遇。
大多数能源始于阳光！化石燃料是数百万年太阳能捕获的浓缩结果。化石燃料是现代文明的基础。我们需要能源。但我们需要内化依赖一种正在枯竭的资源所带来的后果，这种资源的使用正将地球推向气候临界点。
在几百年的时间里使用那些储存在高能量密度碳基分子中、历经数百万年形成的能量，正在向大气中释放巨量的二氧化碳。撇开气候变化担忧不谈，地球上的化石燃料储量是有限的；因此，任何负责任的未来战略规划都必须考虑这样一个时间点：一种正在枯竭的资源将日益稀缺，并由此带来社会和经济后果。
核电基荷加上风能和太阳能将满足日益增长的需求比例。然而，随着风能和太阳能发电比例的增长以及可调度化石燃料发电的减少，储能成为平衡电网的重要组成部分。
公用事业规模和分布式电池储能将发挥越来越大的作用。但在可预见的未来，即使电力需求与电力供应不足之间的缺口相对较小，电池储能也只能在有限时间内维持电网运行。这一现实是导致对天然气联合循环发电机组巨大需求的根本原因。
通过将我们的储能视角扩展到包括每天由太阳能驱动植物生命化学过程所产生的生物质，我们看到有一种方法可以帮助填补这一缺口。从可持续林业带来的新增长量中，负责任地生产能量，并将其转化为木屑颗粒，可以成为维持电力供应解决方案的一部分。
换句话说，我们可以通过利用大自然自身的太阳能电池来帮助维持电网平衡。
作者：William Strauss，FutureMetrics
（素材来自：FutureMetrics 51生物质颗粒交易网、全球生物质能源网、『新能源』网综合）
