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可再生能源,主要是太阳能和风能,是技术上的成功典范。截至2017年底,全球可再生能源装机容量超过1000吉瓦(GW),与美国的总装机容量大致相等。2017年,中国占全球可再生能源投资的45%,在装机容量(334GW)方面居世界前列,其次是美国(161GW)和德国(106GW)。但是,尽管可再生能源发电量大幅增加,但全球的年排放量并没有显著减少,自1992年以来全球累计排放量一直稳步增加。在过去的10年里,全球化石燃料排放量平均每年340亿吨二氧化碳。如果目前的趋势继续下去,世界将在2040年前突破450ppm的二氧化碳排放标准,带来灾难性后果。
过去几十年来,风能和太阳能的新增量仅占全球能源产量的3.6%。但是,超过1.4万亿美元的投资并没有抵消全球化石燃料能源的增长。从减排的效益来看,核能和水力发电是可再生能源的三倍。以美国为例,自2000年以来核能已经避免了84亿吨的二氧化碳排放。相比之下,太阳能只产生了1.4亿吨的减排量,低于过去10年从煤改天然气所获得的二氧化碳减排效益。
如果要加大对电力供应脱碳的努力,就必须在大力发展可再生能源的同时,把电网单位发电强度的降低作为衡量成功与否的主要标准。综合起来,以下七项行动可以产生有意义的结果。
1、提高能源效率
根据国际能源署(IEA 2017),能源效率是全球减排的最大潜在贡献者,应该是全球能源战略的一个关键部分。能源效率提高的一个显著例子就是照明,2017年美国通过了安装10亿个LED灯和CFL灯,每年减少1.42亿吨二氧化碳排放,每吨避免的二氧化碳成本约为7美元。相比之下,2017年屋顶太阳能累计装机容量达到8吉瓦,每年节约二氧化碳800万吨,成本为每吨360美元。因此,照明效率提高避免的二氧化碳排放量是太阳能的18倍,而减排成本为屋顶太阳能的2%。
2、利用市场的力量来降低排放
在美国,煤电厂提前退役的主要驱动力是来自市场竞争压力。竞争激烈的发电市场优先考虑最具成本效益的电力供应商,许多煤电厂不敌风力、天然气发电而退出市场。
3、继续大规模建设风能和太阳能发电厂
风能和太阳能现在是非常便宜的能源,太阳能的成本自2009年以来下降了85%,风力发电的成本下降了50%。投资组合模型表明,如果与水电、天然气和电力储存等可调度资产适当结合,太阳能和风能可在许多电网中提供高达80%比例的零碳能源。
4、可再生能源需要配以储能
风能和太阳能发电的边际成本几乎为零,但只有在有足够的风能或太阳能时才能发电,这就需要继续投资降低储能成本,如电池、抽水蓄能和其他储能技术,有助于优化可再生能源的出力,减少对天然气的依赖程度。
5、继续运营现有的核电站,并建设新的核电站
美国最大零碳电源是核电站。如果这些总发电量为100吉瓦的核电厂关闭,美国将需要新建300吉瓦的太阳能和风能发电厂,并将其与水电站、天然气发电厂或储能系统整合。核电增加了发电组合的多样性,可以为可再生能源潜力较低的地区提供电力。
6、建立一个强大的电力传输网络,允许更多样化的电源组合
输电使电力系统能够共享容量,充分利用可再生能源的地理多样性,并利用更广泛的投资组合和解决方案。借用财务管理的一个概念,一个不相关的资产组合,加上一个强大的互联网络,可以帮助电力系统朝着成本最低的低碳解决方案发展。
7、加大对前沿技术(包括CCS)的投资
虽然快速过渡到低碳能源供应的解决方案必须基于现有技术,但这还不够足够。因此,社会必须迅速增加对新兴技术和前沿技术的公共和私人投资,其中最重要的是碳捕获和储存(CCS)。在工业革命之前的几千年里,大气中二氧化碳的浓度一直徘徊在250ppm左右。2016年浓度超过400 ppm。按照目前的趋势,50年内可能达到500ppm,是工业化前水平的两倍。因此,要使二氧化碳浓度回到安全范围内,就需要大量快速的除碳。在不久的将来,可能需要大容量的碳捕捉CCS设备,从空气中直接提取碳,并将其封存在地下或水泥等产品中。因此,要确保有效应对气候挑战,就必须大幅降低直接从空气中分离碳技术的成本。
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