27年以来1992年的里约热内卢气候峰会,可再生能源的使用急剧增加,能必威官网是真的吗源利用效率和产量激增。然而全球二氧化碳排放量持续上升。发生了什么事?为什么没有进展在减少碳排放,尽管巨大的改善效率和快速增长的使用可再生能源?可以做些什么来实现有意义的减少能源相关的二氧化碳排放加热地球吗?

实现快速减排需要避免气候变化的最坏影响,政策制定者、市场监管机构、公用事业公司、企业能源买家和气候活动人士必须专注于不断压低一个简单的指标:电的单位排放的二氧必威官网是真的吗化碳数量。

可再生能源(主要是太阳能和风能)是一种技术成功的故事。到2017年底,全球可再生能源装机容量超过1000千瓦(GW),金额约等于美国的总装机容量(图1)。中国占2017年全球可再生能源投资的45%和装机容量居世界之首(334兆瓦),其次是美国(161千瓦)和德国(106千瓦)。

强政府授权,更低的成本和更大的能源需求的买家增加使用可再生能源。自2014年以来,美国公司采购总计15.5 GW可再生,使企业买家一个重要贡献者采购总额的近10%美国可再生能力。

可再生能源产能Soared-But碳排放量继续增加

使用可再生的增加税赋的承诺,一些美国公司只使用可再生资源是值得称赞的。尽管可再生发电的大量增加在美国和其他地方,世界上没有显著降低年度排放量,结果累计排放量自1992年以来稳步增长(图2)。在过去的十年里,全球化石燃料排放的平均34吨二氧化碳每年二氧化碳(GT)。如果目前的趋势继续下去,这个世界将违反二氧化碳阈值在2040年之前的450 ppm。可再生能源的激增,但延续当前的轨迹将锁定至少2摄氏度(3.6华氏度)变暖在未来几数十年灾难性的后果(碳短暂的2016)。

此外,新的研究表明,2度上限太高是安全的。2018年的报告政府间气候变化专门委员会(IPCC)的结论是,限制全球平均温度增加到1.5摄氏度必须必威官网是真的吗避免全球气候系统的主要干扰。尽管这样做在技术上是可行的,它需要社会和经济的主要和直接转换,包括快速扩张在一代的低收入和零碳电力。虽然技术进步是至关重要的,狭窄的窗口行动意味着世界必须充分利用可用的低碳技术在未来几年。

发生什么事了?

如何增加碳排放,如果使用可再生能源的飙升?管理顾问彼得•德鲁克曾指出,“什么可以被度量的事物就可以被管理”。“每年排放的二氧化碳数量仍然很高,因为国家,城市,州,公用事业公司和公司未能测量和管理他们的二氧化碳排放量。

可再生能源是重要的,但所有的风能和太阳能的增加在过去几十年全球只有3.6%的能量生产(2017年英国石油公司)。投资超过1.4万亿美元并没有抵消全球增长的能源来自化石燃料。

零碳能源总比可再生能源仅是一个更大的成功故事,占全球能源组合的14.8%。的确,核电和水电生产可再生能源的零碳能力的三倍。例如,如果我们假设核能代替或“流离失所”电平均二氧化碳含量每兆瓦时(MWh)在美国,它避免了8吨(GT)自2000年以来的二氧化碳。相比之下,风能和太阳能结合导致超过1 GT的避免排放。太阳能的贡献小于0.2 GT,不到好处的二氧化碳通过从煤转向天然气在过去的十年里(图4)。

这种模式是如何改变的?

太阳能和风能是重要的可再生能源,在接近于零的边际生产成本。他们应该继续大力推广采用。但政策制定者还需要了解可再生能源的局限性,包括挑战与输出的变化有关。

风能和太阳能产生的能量是断断续续的。没有备份从其他来源,风能和太阳能无法提供可靠的电力,人们预计24/7,和现代经济要求。因此,其他代能源,能源储存和需求响应能力需要提供足够的力量在风能和太阳能不可用的时候。政策制定者、监管机构、公用事业公司、企业能源买家和气候活动家必须意识到这一点。必威官网是真的吗

因为可再生能源不一致和可靠的,甚至是企业和消费者购买他们所有的能源来自可再生能源往往依赖于化石燃料来满足他们的需求一致的、可靠的电力。他们的行动帮助脱碳能源略多。他们只是部分解决电力系统脱碳的更大的挑战。和管理这种多元化电力系统需要新的工具和方法。

设定正确的目标问题:课程从德国和英国

德国和英国的对比经验产生重要的教训为政策制定者如何减少排放。德国专注于可再生能源,但其碳排放量明显高于欧洲平均水平。英国使用的单位碳排放能源在国家电网的关键指标和现在是减排的工业世界的领导者。

在2017年的春天,德国首次自豪地宣布,它获得了85%的电力来自可再生能源(风能、太阳能、生物质能和水能)。这一成就是巨大的。尽管德国增加了可再生能源和投资远远超过任何其他国家在欧洲太阳能和风能容量,它继续排放更多的二氧化碳要比欧洲其他国家的单位能量(莫罗和Lonza 2018)。2016年平均二氧化碳含量是296克每千瓦小时(kWh)在欧盟(EU)和440年在德国,比欧盟平均水平高出49%。

德国可再生能源的扩张也导致更高的电价。0.331美元/千瓦时,在德国电价比欧盟的平均水平高出46%和61%高于英国($。206 /千瓦时,1.12美元美元欧元)。长时间平静风和阴days-known Dunkelflaute(黑暗忧郁)小化石能力活跃,部分原因是德国致力于关闭核电站福岛核事故后,离开它依靠煤炭来支持可再生能源。

德国电网严重依赖最便宜和最肮脏的植物来平衡其可再生能源sources-plants由褐煤煤炭。6因此,德国已经上升的碳排放强度与可再生penetration7上升,迫使它降低2020年的气候目标,它不再能够满足。必威官网是真的吗8在德国电力生产煤炭没有改变有意义,从262太瓦时(TWh)在2010年到240年TWh在2017年。其他可再生能源的总能量(113 TWh)自2010年以来不会抵消零碳能源生产的损失从德国的核电站的退役(140太瓦时)。德国现在是一个高的国家可再生能源,碳排放量高,能量率高。世界上的其他国家应该深入研究经验。

德国的情况在于鲜明对比,在英国,它明确地集中在减少二氧化碳和维持发电的广泛投资组合选择,包括核能、风能、太阳能和天然气。英国已取代煤相结合的新的可再生能源和天然气。2016年二氧化碳排放量降至240克/千瓦时,不到一半的德国和47%低于自己的排放量在2012年(Loughran 2017)。英国使用碳排放单位的能源在国家电网的关键指标,从而减少排放更比任何其他工业国家。德国主要集中在可再生能源和碳的电力供应大大超过欧洲其他国家。

减少碳通过广泛、技术无关的投资组合

设定目标,包括可再生能源,而专门针对削减碳排放单位能源的电网作为主要指标的成功是至关重要的,如果努力脱碳电源要扩大规模。作为英国的例子所示,一个广泛的投资组合包括能源效率的重大投资、风能、太阳能、核能、健壮的输电网,碳捕获和储存(CCS)。

提供具有成本效益的最有效的方法是什么,清洁,可靠的电力?综上所述,下面的七个动作可以产生有意义的结果。

1。提高能源效率

能源效率代表最大的全球减排潜力因素,根据国际能源机构(国际能源署2017年)。它应该是一个全球能源战略的重要组成部分,有几个原因:

  • 它可以减少全球电力需求的20%以上,根据目前的利率在美国电力行业,同时保持高水平的服务,如取暖和照明。
  • 它避免了需要增加能量,能力和网格服务,最便宜的方式大规模脱碳。
  • 它可以减少二氧化碳排放量数十亿吨。

能源效率的力量的戏剧性的例子是照明。2017年美国通过了10亿年的里程碑和CFL灯安装,避免每年1.42亿吨二氧化碳的排放,在有关的成本7美元每吨避免二氧化碳。相比之下,屋顶太阳能的累积装机容量在2017年达到8000千瓦,每年减少800万吨的二氧化碳,在每吨360美元的成本。照明效率从而产生了18倍避免二氧化碳,在屋顶太阳能的成本每吨约2%。

谷歌提供的另一个例子的力量能源效率。现在的数据中心数据中心的能耗比平均水平低50%,据该公司。谷歌还开发了一个改进的芯片,TPU,执行83倍比标准的cpu。新芯片允许谷歌在其数据中心能耗降低的因素30-far超过谷歌的碳足迹的影响所有的购买公司的可再生能源。

2。利用市场的力量来降低排放

煤炭发电技术是最大的单一来源的碳排放在美国。它需要迅速消除。主司机迫使煤电厂的服务已经从可再生能源和天然气巨大的价格压力。竞争一代市场优先考虑最具成本效益的电力供应商先收缩,促使许多燃煤电厂的系统自风,和天然气发电厂成本较低的权力来源。(PJM,ERCOT)。提高效率和互连的传输系统进一步提高驱动能力更多昂贵的煤电厂离线和增加可再生能源的份额作为能量的来源,支持更清洁的天然气发电厂。

3所示。继续建立风能和太阳能工厂重要的规模

风能和太阳能是现在非常便宜的能源,太阳能的价格有下降了85%自2009年以来,风力发电的成本下降了50%。投资组合模型表明,太阳能和风能可以提供80%的零排放的能源等许多网格如果整合得当可分派资产水电、天然气、电存储(Frew, Lazard E3和其他人)。当集成智能生成的完整组合资产的可靠性,这些丰富的可再生能源是至关重要的脱碳网格的构建块。

4所示。认识到可再生能源不能独自做到这一点

风能和太阳能发电边际成本几乎为零,但只有当有足够的风力发电或太阳。直到能源可以有效地存储,额外的一代来源和管理方法将被用于确保权力是可用的。出于这个原因,承诺100%可再生使用,同时为市场信号发送给有价值的增加对可再生能源的投资,不会自己实现减排需要避免最严重的气候变化的影响没有替代资源,这些资源是不可用的时候提供电力。必威官网是真的吗

持续投资在减少能量储存的成本,如电池、泵送水电和热,可以帮助整合可再生能源和减少依赖天然气集成。存储成本与时间尺度线性要求,目前竞争与天然气发电厂两到四小时调度(Lazard 2018)。这些成本显著降低,自2012年以来76%,如果这一趋势继续下去,它将使存储在六个小时时间竞争,允许6个小时的能源在一天内或跨天内移动。提供长期能源调度在长时间低太阳能和风能,我们需要投资在推动存储成本下降了100倍,这样它就可以派遣数周。在那之前,选择性地使用天然气在低能的因素可能会提供这种服务,使大量的可再生能源的集成。

三大科技公司的经验说明可再生能源的挑战,作为一个完全可靠的电力来源。2017年,谷歌和苹果宣布他们已经达到的里程碑采购100%的电力来自可再生能源;亚马逊宣布了它的目标:实现其100%的可再生能源目标。这些努力只是一个开始,然而,当这三个公司的数据中心继续严重依赖于电网重要的碳足迹。当谷歌接近100%的可再生能源目标,该公司承认其继续依赖网格与相当大的碳含量。“对我们来说,达到100%可再生能源在全球采购和每年仅仅是个开始,”Google说声明。“除了继续积极推进可再生能源技术像风能和太阳能,我们将努力实现更具挑战性的长期目标的操作区域,24/7与清洁,零碳能源”。

5。保持现有操作新的核呢?敞开大门

在美国最大的零碳部分权力来自于核电站。这些植物,一起有100兆瓦的产能,是封闭的,美国需要建设300兆瓦的新太阳能和风能发电厂(产生能量只有三分之一的时间)和集成与水电、天然气发电厂或存储时间超过任何在市场上100倍。

可能需要10年或更多建立足够的可再生能源植物替换现有零碳权力途径,失去的十年,世界是在与时间赛跑。

这是原因,忧思科学家联盟,核扩散的敌人,最近发布了一份报告以敦促美国继续运营其核电站的舰队,而不是允许他们被挤出更便宜的天然气。

是时候开始一个开放的讨论可能的新核能的作用。鉴于迅速关闭窗口运动——因而联合国政府间气候变化专门委员会表示,世界必须达到零净排放到2050年将变暖低于临界1.5度阈值时,研究世界需要额外的零碳发电能力。核能增加代组合的多样性,可以实现在较低的地区可再生潜力。

技术的进步意味着成本和安全性下降有明显改善。核非同一般的国家包括法国、瑞典、英国和中国最近。在韩国的新工厂正在建设不到三分之一的价格在美国。

有不同意见的作用更多核能将在稳定的气候。必威官网是真的吗我们知道的一件事是,它仍然是一个关键的组件在许多同行评议的气候模型,最重要的是政府间气候变化专门委员会采用的。必威官网是真的吗例如,在第五IPCC报告,核被认为增加约10倍的世纪。公众的可接受性问题、核废料、存储和成本需要解决任何核技术。气候变化意味着我们必须看的必要性选择必威官网是真的吗继续在美国建立核电。

6。创建一个健壮的传输网络,允许更多元化的能源组合

传输使电力系统共享能力,受益于可再生能源和利用更广泛的地理多样性组合和解决方案集。借用财务管理的概念,不相关的资产的投资组合,加上一个健壮的、相互联系的网络,可以帮助推动电力系统向成本最低的低碳解决方案。

关键是看风能/太阳能的地理空间分布的好处和连接电网的好处可分派资产(Fitzpatrick et al . 2018)。一个健壮的电网促进有效流动的力量,迫使不经济发电机关闭,它增加了添加一个大的可再生能源投资组合的能力和提高可靠性。

7所示。加大投资前沿技术,包括CCS

而快速的解集过渡到低碳能源供应必须基于现有技术(将是愚蠢的人类的未来押在技术还没有被证明)这些不太可能足够了。因此至关重要的社会迅速增加公共和私人投资在新兴和前沿技术。

也许其中最重要的是CCS,碳捕获和储存。几千年来在工业革命之前,大气中二氧化碳的浓度在250 ppm左右徘徊。在2016年,通过浓度400 ppm,鉴于目前的趋势可能会达到500 ppm总价值工业化前水平50年。因此让二氧化碳浓度在安全的范围内将需要大量和快速碳移除。一个选择与景观恢复碳移除。重新树木和灌木退化景观从空气中吸收二氧化碳,在植物和土壤修复它,同时提供大量的其他好处,包括更好的保水性,改善生计和冷却阴影。

但鉴于大气二氧化碳水平的可能性将大大超过安全水平,似乎越来越有可能大容量直接空气捕捉CCS-electrically驱动机器,把空气中的二氧化碳并把它封存在地面或产品,如水泥,需要在不太遥远的未来。研究直接空气CCS的成本大大降低,措施,大大增加低收入和零碳电力的可用性,因此必须确保一个有效的应对气候挑战。必威官网是真的吗

结论

低碳未来的解决方案是可用的。世界上没有奢侈品等来实现它们。我们必须迅速采取行动,远离碳能力,管理和测量碳污染我们的力量。减排需要采用一种低成本,平衡能源投资组合,可以快速建立在合理的成本。所有属性的可替代能源来源包括碳排放,容量和reliability-need要考虑装配组合。天然气发电厂发挥支持作用灵活的资产在帮助平衡电网与大量的可再生能源和支持快速部署。此外,其他零碳资产,如核能和CCS,整合可再生能源投资组合,降低天然气的必要性和存储。

应对气候变化需要数万亿必威官网是真的吗美元的开支,协调所有国家和多种技术的部署规模。把一个人送上月球,美国设定明确的目标,然后部署所有可用的资源来实现它。世界不会解决问题一样复杂和强大的气候变化没有设置一个同样清楚objective-reducing二氧化碳排放量到2050年接近于零,迷人必威官网是真的吗的所有资源(风能、太阳能、能源效率、存储、核、CCS和健壮的传输)显著的规模来满足这一需求。