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真正实现能源清洁需要多久? 答案是400年

  • 作者:管理员
  • 发布时间:2018-03-19
  • 阅读次数:271

据国外媒体报道,科学家研究发展,按照现在的能源转换速度,全世界需要近400年才能把现有的能源系统改造成清洁能源。之所以进展缓慢,有着诸多方面的原因。

15年前卡耐基研究所的高级科学家肯卡尔代拉(Ken Caldeira)计算出,为了避免灾难性的气候变化,2000年至2050年间全世界每天需要增加使得清洁能源相当于一座核电站所提供的能量。最近,他做了一个快速计算,看看我们现在做的如何。

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情况不太好。正如卡尔代拉和他的同事们在2003年的科学论文中发现的那样,每天全世界可能需要大约1,100兆瓦的无碳能源来防止温度上升超过2?C。但实际上我们增加的清洁能源仅为151兆瓦,这勉强能够满足大约125,000个家庭的电力需求。

按照这个速度,整个能源系统完成重大转变所需要的不是接下来的三十年,而是接下来的四个世纪。在此期间,气温上升,冰盖融化,城市下沉,并在全球引发破坏性热浪。

卡尔代拉也强调,其他因素可能会大大缩短时间框架(特别是改变占全球能源消耗一半以上的热电将会显著改变能源需求)。但他表示,很明显我们对能源系统进行大规模调整的速度太慢,这凸显了很少有人真正意识到的一点:我们并没有快速建立清洁能源来应对气候变化的挑战。即使经过数十年的警告,政策辩论和清洁能源活动,全世界才刚刚开始正视这个问题。

联合国气候变化机构声称,到本世纪中叶,世界需要减少多达70%的温室气体排放量,以避免全球变暖2摄氏度。但碳污染持续上升,去年还增长了2%。

原因是什么?

除了经济,政治和技术上的挑战之外,最根本的问题是规模过大。有大量基础设施需要建设,这将耗费大量的人力,金钱和物资。

首先,随着发展中经济体的进步,未来几十年全球能源消费可能会飙升30%左右。为了快速减排并跟上能源消耗的增长速度,到2050年世界需要开发10到30兆瓦的清洁能源。这意味着建设相当于大约30,000个核电厂,或生产和安装1200亿块250瓦太阳能电池板。

对于能源行业来说,在如此巨大的规模和速度下建造清洁能源系统的经济动力很小,同时现有能源系统中的能耗成本却高达数万亿美元。

“如果现在你要为一千兆瓦的煤炭消耗支付十亿美元,而又告诉你十年内现行的煤炭消耗体系将会被淘汰,你势必会排斥,”加州大学欧文分校地球系统科学系的副教授史蒂文·戴维斯(Steven Davis)表示。

在有足够强大的政策或足够先进的技术突破来颠覆现行能源经济之前,要想看到其中的任何一个会发生根本性变化相当困难,也不太现实。

一次飞跃

2月底,我坐在哈佛大学环境中心丹尼尔·施拉格(Daniel Schrag)的办公室里。

施拉格是奥巴马总统的首席气候顾问之一。作为一位在过去一直密切研究气候变化和气候变暖问题的地质学家,他特别欣赏事情变化的戏剧性。

他打开了一份最近与其他研究人员合作的评估气候变化风险的报告。它强调了彻底改变能源系统所需的许多技术进步,包括更好的碳捕获技术,生物燃料和能量储存技术。

该研究还指出,美国每年新增约10千兆瓦的新能源发电量。这包括所有的天然气以及太阳能和风能。但即使如此,要重建现有电网还需要100多年的时间,更不用说在未来几十年所需的电网规模将会大得多。

“有可能加速20倍吗?”他问, “是的,但就钢铁、水泥以及玻璃等领域而言,我不认为人们能理解这意味着什么。”

气候观察员和评论员用诸如曼哈顿计划和登月计划来说明这项任务的规模。但是对于施拉格来说,真正可以说明问题严重性和紧迫性的类比是第二次世界大战,当时美国将部分钢铁,煤炭和铁路行业国有化。政府强制汽车制造商停止生产汽车,以制造飞机,坦克和吉普车。

好消息是,如果你指导整个经济完成一项任务,那么改变可能会很快发生。但是在和平时期,当敌人存在于无形之中,影响是潜移默化的,那你该如何进行激励?

“对于今天来说是一个巨大的突破,”施拉格说。

时间延迟

事实上,气候变化的真正破坏性后果将不会在几十年内出现。这一事实以使问题更加复杂化。即使对于那些喜欢关注抽象问题的人来说,他们的直接担忧也不高。因此人们往往不愿意付出太多的代价,也不愿意改变他们的生活方式去解决实际问题。根据麻省理工学院进行的一系列调查,美国人近年来只愿意将每月电费增加5美元以解决全球变暖问题,而15年前美国民众愿意为此增加10美元。

可想而知,随着出现更多的森林大火,飓风,干旱,物种灭绝和海平面上升,气候变化总有一天会改变这种思维方式,最终迫使世界解决这个问题。

但是那就太迟了。二氧化碳的作用会有时间上的延迟。大约需要10年的时间才能显现出全面变暖的效果,并且会在大气中停留数千年。在我们进入危险区间之后,消除二氧化碳排放量并不会减少这种影响,只能防止现状变得更糟。除非我们开发出一种技术,能够从大气中去除温室气体。

这也意味着,如果我们不及时采取措施,我们将不得不付出高昂代价来修复能源系统,或者是应对由此产生的灾难。各种研究发现,削减温室气体排放量将使全球经济每年萎缩几个百分点,但相反,到本世纪末,不加限制的全球变暖可能会使全球GDP减少20%以上。

钱的问题

可以说加速能源发展最关键的一步是制定强有力的政策。许多经济学家认为,最强大的工具将是通过直接税或限额交易计划实对碳排放进行定价。随着化石燃料生产能源价格的不断上涨,这将产生更大的激励机制,用清洁能源替代现有的电厂。

“如果我们要在温室气体方面取得任何进展,我们将必须为碳排放买单,”加州大学伯克利分校能源经济学家Severin Borenstein说。

但定价必须要高,远高于去年年底在加州限额与交易项目中的每吨15美元。 Borenstein表示,每吨接近40美元的碳排放费用“只是把煤炭从能源市场重剔除,并开始在风能和太阳能方面投入资金,”至少当你在核算工厂整个生命周期中的平均成本时是这样的。

其他人认为价格应该更高。但很难看出即使这种税收如何通过。

另一个主要的政策选择是限制提供电力的公司和工厂将温室气体排放量保持在一定水平以下,最好是随着时间的推移而减少。这种基于法规的方法不像碳价格那样被认为具有经济效益,但好处是在政策方面更受欢迎。哈佛大学政府教授斯蒂芬·安索拉贝拉(Stephen Ansolabehere)说,美国民众讨厌税收,但对空气污染法规非常满意。

  基本的技术限制也会增加转向清洁能源的成本和复杂性。诸如太阳能和风能这种我们发展最快的无碳能源都受到客观条件的限制,在太阳不发光或无风时就无法供电。因此,要通过它们提供更多电力,我们还需要长距离传输线路,以平衡各地区的用电高峰和低谷,或进行冗余能源存储,或两者兼而有之。

最终结果是,我们既需要建造更多的风能和太阳能工厂以及更多的核反应堆,或者付出更多成本来建立一个更大的传输系统,并储存可再生能源,麻省理工学院能源倡议研究员Jesse Jenkins表示,在所有情况下,我们仍然可能需要重大的技术进步来降低成本。

顺便说一下,所有这些只解决了电力部门的能源变革,而目前电力部门的能源消耗总量不到20%。当我们需要为车辆和暖气等设备供电时,这意味着我们最终需要开发比现在大几倍的电气系统。

但加州大学戴维斯分校的戴维斯说,这仍然需要解决全球能源系统中“非常困难的部分”。这包括航空,长途运输,以及在制造过程中产生二氧化碳的水泥和钢铁工业。为了清理这些庞大的经济部门,我们将需要更好的碳捕获技术和存储工具,以及更便宜的生物燃料或能源存储技术。

这些重大技术成果往往需要政府大力支持。

那么我们应该放弃吗?

这里没有灵丹妙药或明显的前进方向。我们所能做的就是努力抓住似乎最有效的杠杆。

环境和清洁能源利益集团需要将气候变化作为优先考虑的事项,将其与清洁、安全等民众关心的实际问题联系起来。投资者或慈善家需要愿意对早期阶段的能源技术进行长期投资。科学家和技术专家需要把精力集中在最迫切需要的工具上。政府需要推动政策变革,为能源公司提供激励措施或任务。

然而严酷的现实是,到本世纪中叶全世界很可能无法完成所谓的使命。施拉格说,保持温度上升低于2摄氏度已经是“一个白日梦”,并补充说,我们应该能够防止本世纪温度上升超过4°C。

这意味着我们可能会为失去的生命,痛苦和环境破坏付出巨大代价。

但是如果温度升高超过2?C,这个使命也不会结束。它只会让我们尽一切可能来遏制迫在眉睫的威胁,限制损失,并尽快转向可持续发展的能源系统。

“如果你错过了2050年,”施拉格说,“你还有2060年,2070年和2080年。

 (本文转载自《科普中国网》    来源:网易科技)