在大多数地区，岛屿电力基础设施依赖化石燃料。
但利用可再生能源为岛屿供能，潜力巨大。
全球超过10%的人口居住在岛屿上。岛屿拥有令人惊叹的生物多样性，并作为国际贸易枢纽创造独特的经济价值。世界上一些人口最稠密的地方就是岛屿，例如曼哈顿、香港和新加坡。即使是面积小、人口稀少的岛屿，在战略上也十分重要，时至今日仍是激烈争夺的对象——看看围绕中国在南海人工岛的争议便知一二。
岛屿发电面临的困难
然而，岛屿生活也有代价。与世隔绝可能成为一道屏障，增加获取资源和进入国际市场的成本。岛屿生态系统十分脆弱；自大航海时代以来，有记录的动物灭绝案例中，超过一半发生在岛屿上。许多岛屿还特别容易受到海平面上升和自然灾害的影响。波多黎各近期的电力危机就是一个令人痛心的例子：飓风摧毁输电线路后，飓风玛丽亚过后三个月，这座有340万人口的岛屿仍有三分之一地区没有电力。
这并非巧合。岛屿的电气化难度格外高，原因在于岛屿上：
1. 土地稀缺。
2. 燃料需要运入。
3. 与世隔绝导致电网脆弱。
因此，能源的功率密度对岛屿至关重要。土地稀缺意味着，任何发电厂的面功率密度（W/m2）——也就是每平方米土地面积产生的电力——都必须足够高。同样，由于电能是通过转换一次燃料产生的，燃料需要运往岛屿，因此其能量密度会影响燃料的实用性和运输成本。此外，岛屿电网规模较小，网络连接的发电方相对于用电方数量更少，因此电网更不稳定，也更容易受到间歇性供电的影响。
所有这些因素共同带来了为岛屿经济供能的独特挑战。
如今岛屿如何获得电力？
先来看最清洁的例子：新西兰。新西兰南岛人口略多于100万，几乎完全由可再生能源供电。不过，这并非新型可再生能源技术的功劳。相反，南岛的电力中98%来自水力发电。这使新西兰成为一个值得效仿却不切实际的榜样。如果当地地质条件优越，有适合修建水电站的河流和山谷，那么水力发电再好不过。遗憾的是，大多数其他岛屿没有这样的条件。
因此，与新西兰不同，如今大多数岛屿的发电仍以化石燃料为主。以下是一些典型例子：
台湾： 2400万人口——70%的电力由天然气和燃煤发电提供
斯里兰卡： 2100万人口——60%的电力来自石油和煤炭
爱尔兰： 500万人口——70%的电力来自化石燃料
牙买加： 300万人口——90%的电力由发电机组燃烧石油提供
夏威夷： 100万人口——80%的电力来自石油和煤炭
毛里求斯： 100万人口——66%的电力来自化石燃料
巴巴多斯： 30万人口——95%的电力来自化石燃料
值得注意的是，许多岛屿使用石油发电。这很不寻常，因为石油是最昂贵的烃类燃料。通常，石油价值太高，不适合用于发电。
传统上，过去一个世纪里，燃煤电厂一直主导着发电领域，因为煤炭所含能量的单位价格历来低于其他燃料。近年来，由于“页岩革命”，天然气价格下跌，使燃气电厂在经济上比燃煤电厂更具吸引力。
但在岛屿上，情况有所不同。煤炭最适合通过铁路运输。如果改为海运至国际市场，运输成本就会在煤炭的到岸总价中占很大比重。天然气最适合通过管道运输，但由于其物理形态，占用空间很大。因此，除非在专门设施中将天然气液化、大幅缩小体积，否则很难将其储存在船上。在所有化石燃料中，石油最容易装船运输。因此，岛屿燃烧宝贵石油发电的比例要高得多。这再次说明，为岛屿供电并不容易。
岛屿能源的未来
展望未来，以下是一些适合为岛屿供能的有力选择：
太阳能与风能
太阳能和风能是岛屿供能的极有前景的选择，因为它们可以直接免去向岛屿运输燃料的需要。大自然免费将阳光和风送到我们的太阳能电池板和风力涡轮机上！
然而，要让它们大规模发挥作用，我们需要解决风能和太阳能在土地利用和电网脆弱性方面更为突出的难题。
首先，综合考虑容量系数等各项因素后，太阳能和风能的功率密度为10-30 W/m2，最多比传统电厂低100倍。尽管如此，对于拥有沙漠和干旱、缺乏生产力地区的岛屿而言，这种额外的土地需求或许可以接受。但对于生态环境重要的岛屿，太阳能和风电场需要在兼顾自然栖息地和农业的前提下进行管理。我们不应为了腾出土地建设可再生能源发电设施，就自动砍伐大片森林，也不应移除用于种植粮食和作物的农田。在这方面，如果风力涡轮机占用的土地也能用于农业，风能可能比太阳能更适合在岛屿上规模化供电。
其次，太阳能和风能的间歇性在岛屿上是一个严重得多的问题。岛屿缺少与大型大陆电网的连接，更难平衡可再生能源发电量的波动。毫不意外，要让太阳能和风能在岛屿上发挥作用，最重要的创新是电池。我们尤其需要更便宜、寿命更长且能够承受多次充放电循环的电池。因此，支持提高岛屿经济可再生能源占比的政策制定者，更迫切需要支持电池的开发和部署。此外，考虑到岛屿面临极端天气的风险更高，未来最佳方案或许是部署坚固的微电网系统，由更便宜的电池、可再生能源发电设施以及分布式按需发电机组成。
通过管道输入天然气
天然气岛屿发电的效率可以非常高。燃气轮机单独运行时的效率约为30%至40%，与蒸汽轮机相当。但燃烧天然气时，我们可以让燃气轮机与蒸汽轮机串联运行，组成联合循环；蒸汽轮机利用燃气轮机产生的高品质余热额外发电。这种联合循环用于岛屿供电时，总效率可达令人瞩目的50-60%。
问题在于如何将天然气输送到岛屿。如今，运输天然气的常规方式是使用液化天然气运输船，这需要昂贵且专门的海港。未来，一个值得关注的替代方案，是为距离大陆一千公里以内的岛屿修建海底天然气管道。在欧洲，欧洲和北海已有多条海上天然气管道，长度远超500km。
通过海底电缆输电
如果岛屿距离大型陆地数百公里以内，我们现在可以利用海底电力电缆将电力从大陆输送到岛屿。与陆上交流输电系统不同，这类海底输电线路通常采用高压直流技术。例如，马略卡岛最近安装了一条名为Cometa的高压海底电力线。
地热岛屿供电
过去，地热能在发电中所占比例微不足道，部分原因是其功率密度过于分散，约为0.1 W/m2，而利用分散的能源成本高得令人难以承受。然而，许多岛屿由火山活动和活跃的构造运动形成，因此蕴藏着品质极高的地热能。冰岛就是最著名的例子之一。
对于这些拥有优质地热资源的岛屿而言，其天然地质优势，加上能够深入地下、获取温度更高热源的新型钻井技术（例如GA Drilling和AltaRock Energy），或许足以使地热发电成为未来的重要选择。
核能岛屿供电
单从技术角度看，核能是岛屿发电的绝佳选择。核燃料的功率密度极高；例如，铀235的功率密度是化石燃料的100万倍。这意味着向岛屿运输足够的核燃料很容易。此外，目前正在开发的许多最新第四代核反应堆都具备固有安全性。因此，展望未来，应认真考虑将核能作为零碳发电能源。
最后，以最具未来感、也最有趣的方案收尾：我们可以建造浮动核电站为岛屿供电。这些核电站建在船舶上，可以在开放水域漂浮，并被拖至任何需要电力的地点。这并不像你想象的那么疯狂。如今，数百艘军舰和潜艇已经由核反应堆提供动力。美国核海军在半个多世纪里保持了零核事故的纪录。因此，将来如果你发现近海的一艘船上建有发电站，也不必太惊讶！
本文是全球能源未来理事会持续开展的工作之一。该理事会由顶尖学术界和行业专家组成，致力于为塑造能源未来的最关键议题提供思想引领。
