美國(guó)無(wú)CO2排放無(wú)核能的能源技術(shù)路線圖

1、美國(guó)無(wú)CO2排放無(wú)核能的能源技術(shù)路線圖    2007年8月美國(guó)能源與環(huán)境研究所與核政策研究所合作出版了一本極其前瞻性和創(chuàng)見性的研究報(bào)告在無(wú)核能條件下美國(guó)實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排至零的路線圖，主要探討了在無(wú)核能條件下，美國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性，描繪了美國(guó)經(jīng)濟(jì)通向二氧化碳零排放的路線圖，其中包括各種技術(shù)可實(shí)際應(yīng)用的時(shí)間表，以及研發(fā)與示范的建議。本文將簡(jiǎn)要介紹該報(bào)告的8項(xiàng)主要結(jié)論及關(guān)于降低二氧化碳排放的12項(xiàng)政策建議。在當(dāng)前核能安全受到空前關(guān)注的情況下，希望本文能為領(lǐng)導(dǎo)決策提供有價(jià)值的參考。 結(jié)論5 運(yùn)用目前已有的高效的能源技術(shù)與建設(shè)設(shè)計(jì)，能夠大

2、大減輕向二氧化碳零排放經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的困難，并能降低成本。按目前的趨勢(shì)，如果單位GDP的效率能夠每年增長(zhǎng)兩個(gè)百分點(diǎn)，那么它將使年能耗下降一個(gè)百分點(diǎn)，并使GDP每年增長(zhǎng)3。在現(xiàn)有技術(shù)能力下這些是完全可以實(shí)現(xiàn)的。 在1973年第一次能源危機(jī)之前，人們普遍認(rèn)為，能耗的增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是正相關(guān)的。然而，危機(jī)之后，美國(guó)的能源圖景迅速改變。10年中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)并未伴隨著能耗的增長(zhǎng)。 1990年代中期以來(lái)，盡管國(guó)家并沒(méi)有采取大幅增加能源效率的政策，能耗的增長(zhǎng)率仍比GDP的增長(zhǎng)率要低大約2。例如，采用現(xiàn)有的技術(shù)，居民樓與商駐樓建設(shè)每平方英尺的平均能耗就能降為目前的131/10。又例如，自1970年代以來(lái)，即使總產(chǎn)量

3、上升，美國(guó)工業(yè)的能耗量保持不變。 本研究顯示，在輸出能源(不包括在電力與生物燃料生產(chǎn)中的能耗)每年下降1的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)仍能按照官方能源計(jì)劃的預(yù)測(cè)保持增長(zhǎng)。 結(jié)論6 廣義上的生物燃料對(duì)于實(shí)現(xiàn)向二氧化碳零排放經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型是至關(guān)重要的，同時(shí)不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境副作用；不過(guò)，它們也可能會(huì)產(chǎn)生可觀的間接損害，或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，并且增加溫室氣體的排放。其結(jié)果本質(zhì)上取決于公共與私人部門的政策選擇、動(dòng)機(jī)、以及研發(fā)情況。 基于食用谷物的生物柴油與乙醇將會(huì)造成并正在造成對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的損害，包括高昂的食物價(jià)格，對(duì)發(fā)展中國(guó)家的窮困者用于生計(jì)的耕種與放牧的土地所構(gòu)成的壓力，以及溫室氣體的排放將大部分地或完全抵消運(yùn)

4、用生物燃料利用太陽(yáng)能所得的效果。雖然它們能夠減少石油的進(jìn)口，來(lái)自谷物的乙醇與來(lái)自棕櫚油的生物柴油是破壞性生物燃料手段的兩個(gè)顯著事例，即使是投入中等規(guī)模的生產(chǎn)，它們也已經(jīng)造成了上述這些問(wèn)題。 例如，以可再生能源為名，將生產(chǎn)的棕櫚油用于歐洲生物柴油之用，這已經(jīng)惡化了印度尼西亞的二氧化碳排放問(wèn)題，因?yàn)橛《饶嵛鱽喎贇嗵空佣欧懦龆趸迹抢镒赝┯偷闹饕a(chǎn)國(guó)。由谷物提取乙醇產(chǎn)量的激增是導(dǎo)致墨西哥玉米粉圓餅價(jià)格上揚(yáng)的部分原因。此外，即使由谷物提取的乙醇能夠減少石油進(jìn)口，但它對(duì)減少溫室氣體排放的影響是微乎其微的，因?yàn)楣任锱c乙醇的生產(chǎn)都需要集中地耗費(fèi)能源，而且大量地使用人造肥料，它們也會(huì)導(dǎo)致其它溫室氣

5、體的排放(值得注意的是一氧化氮的排放)。對(duì)由食用谷物提取的燃料的補(bǔ)貼應(yīng)該完全取消。 與此相反，具有較高太陽(yáng)能吸收效率(5左右)的生物質(zhì)，比如生長(zhǎng)在高二氧化碳環(huán)境下的微型藻類，能夠承擔(dān)很大一部分能源供給，包括電力生產(chǎn)與為交通與工業(yè)提供液態(tài)和氣態(tài)燃料。微型藻類已被證實(shí)能從發(fā)電廠中吸收白天超過(guò)80的二氧化碳排放量，并且能夠用來(lái)生產(chǎn)超過(guò)1萬(wàn)加侖液態(tài)燃料英畝年。某些水生植物，例如水葫蘆，具有相似的太陽(yáng)能吸收效率，并能在廢水中生長(zhǎng)，作為復(fù)合水處理與能源生產(chǎn)體系的一部分。 圖4和圖5表示兩類重要的生物樣本，它們具有約5的太陽(yáng)能吸收效率的潛力，是谷物類植物的10倍左右，包括谷物與農(nóng)作物殘余。圖5所示的路易斯安

6、那州的NRG煤炭發(fā)電廠正在綠色能源技術(shù)公司的指導(dǎo)下進(jìn)行田野試驗(yàn)。這個(gè)工廠是商業(yè)規(guī)模的藻類生物反應(yīng)系統(tǒng)的可能選址地點(diǎn)。它將TF排放的二氧化碳循環(huán)轉(zhuǎn)化為生物柴油或乙醇。 圖5所示的水葫蘆已用來(lái)清潔廢水。因?yàn)樯L(zhǎng)迅速，且能吸收大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它們?cè)跓釒c亞熱帶氣候下的繁殖能力與微型藻類相當(dāng)，每公頃年產(chǎn)量超過(guò)250噸。它們被用于生物質(zhì)的飼料以生產(chǎn)液態(tài)和氣態(tài)燃料。 草原的草本植物具有中等的繁殖能力，但它們可在貧瘠土地上生長(zhǎng)，并把二氧化碳儲(chǔ)存在泥土中。因此，這種方法既能用來(lái)生產(chǎn)可再生燃料，又能從大氣中去除二氧化碳。 最后，太陽(yáng)能能夠用來(lái)生產(chǎn)氫，它很有希望作為一種主要能源來(lái)源，實(shí)現(xiàn)向氫能利用的轉(zhuǎn)型。相關(guān)的技

7、術(shù)包括：光電子化學(xué)制氫法，它使用非常類似于太陽(yáng)能電池的設(shè)備，在高溫下由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)將水分解為氫氣與氧氣，并在氣化工廠中由生物將其轉(zhuǎn)化為一氧化碳與氫氣。在嚴(yán)格控制下的特殊藻類與生物質(zhì)發(fā)酵也能夠被用來(lái)生產(chǎn)氫。某些方法能夠同時(shí)生產(chǎn)能源、食物和藥物。由于缺乏資金，研發(fā)速度比預(yù)期的進(jìn)度要慢得多。如圖6所示，利用藻類生物在進(jìn)食中吸收硫，陽(yáng)光能夠直接用來(lái)生產(chǎn)氫氣。 圖6利用藻類直接用太陽(yáng)能制氫 注：在“分批模式”中，為了補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，生產(chǎn)會(huì)間隔性地停止。在“恒化器模式”中，為了持續(xù)生產(chǎn)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)是連續(xù)性的?！癈hl”表示“chlorophyll(葉綠素)”。 結(jié)論7 實(shí)現(xiàn)絕大部分的二氧化碳減排不會(huì)導(dǎo)致任

8、何高昂的成本負(fù)擔(dān)(例如，運(yùn)用高能效的照明與制冷設(shè)備)。消除其余的由使用化石燃料引起的二氧化碳排放成本可能會(huì)在每噸二氧化碳10-30美元之間。 表1表示在電力部門用不同方法消除二氧化碳的預(yù)計(jì)成本(基于2004年的能源成本)。根據(jù)2007年的價(jià)格(每百萬(wàn)英熱單位的天然氣約為8美元，每千瓦時(shí)電力接近9美分)，成本將會(huì)更低廉。 注：1、粉煤的熱比率=10000英熱單位千瓦時(shí)；天然氣聯(lián)合循環(huán)的熱比率=7000英熱單位千瓦時(shí)。 2、風(fēng)能電力成本=5美分千瓦時(shí)；粉煤=4美分千瓦時(shí)；核電=6-9美分千瓦時(shí)。 3、石油成本為30美元，桶，或者更高。 4、如將太陽(yáng)能與風(fēng)能一起進(jìn)行優(yōu)化部署，則二氧化碳的成本，加上風(fēng)

9、能的相關(guān)物項(xiàng)成本，都能夠得以降低。 此外，在能源部門的總成本中，由削減二氧化碳所導(dǎo)致的成本正在增長(zhǎng)，但其影響依然很小，能源部門在GDP中的整體比重仍然會(huì)保持在當(dāng)前約8的水平，甚至還會(huì)有所下降。1970年以來(lái)，它主要在8-14的區(qū)間內(nèi)變動(dòng)，1980年達(dá)到峰值。1990年代末，當(dāng)1998年石油價(jià)格急劇下跌到每桶約12美元的低點(diǎn)時(shí)，它也曾一度降到約6。 表2表示，在GDP中居住與商業(yè)部門的年能源與投資的預(yù)計(jì)總成本。如果每戶與每平方英尺的能耗量愈低，根據(jù)能源與環(huán)境研究所(IEER)的參考圖景，人們就需要考慮投入愈多的投資。     以及愈多的預(yù)期電力與燃料成本。

10、通過(guò)提高能效與全部轉(zhuǎn)用可再生能源，人們就可以降低居住與商業(yè)部門的能耗，而這對(duì)預(yù)期凈GDP的影響是微小的，并且完全在各種不確定性的預(yù)計(jì)范圍之內(nèi)。 根據(jù)能源與環(huán)境研究所(IEER)參考圖景的估計(jì)，在GDP中，所有各部門的能源比重仍將保持在約8?；蛘吒佟?duì)每個(gè)新家庭的主人而言，其凈增加的成本，包括增加的抵押付款，將在每月大約20-100美元之間。后一數(shù)字小于2050年的預(yù)期中等家庭收入的0.7。 注：1、正常的燃料與電力價(jià)格分別為：大約12美元百萬(wàn)英熱單位，9.6美分千瓦時(shí)。IEER參考圖景中的價(jià)格分別為：20美元百萬(wàn)英熱單位，14美分千瓦時(shí)。正常電力價(jià)格從2006年1月起計(jì)。 2、增加的能效投資

11、：現(xiàn)有的住宅，每幢住宅20000美元，假定發(fā)生在2010-2050年售出的三分之一現(xiàn)有住宅上；新住宅=10美元平方英尺(每幢住宅約20000美元，接近LEED認(rèn)證住宅增加的成本)；加上每15年用當(dāng)時(shí)流行的先進(jìn)家庭用具更換原有家庭用具的成本。對(duì)太陽(yáng)熱能、供熱并發(fā)電與地源熱泵的投資按照使用它們的居住區(qū)比例，已增加到這些數(shù)字中。LEED表示“領(lǐng)先能源與環(huán)境設(shè)計(jì)”，它是一個(gè)住宅認(rèn)證項(xiàng)目。 3、商業(yè)能效投資：10美元平方英尺；這高于“領(lǐng)先能源與環(huán)境設(shè)計(jì)”(LEED)中白金級(jí)別的投資。對(duì)太陽(yáng)熱能、供熱并發(fā)電、以及地源熱泵的投資已被加入到這些數(shù)據(jù)中去。 4、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)=消費(fèi)支出+投資+政府開支(貨物與服務(wù))+出口進(jìn)口。 結(jié)論8 在目前仍在生產(chǎn)化石燃料的地區(qū)，它們向二氧化碳零排放體系的轉(zhuǎn)型能夠以與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行。 目前，化石燃料主要產(chǎn)于阿巴拉契亞地區(qū)、西南部地區(qū)、西部地區(qū)、以及中西部與落基山脈地區(qū)的部分州。這些地區(qū)也具有很好的可再生能源稟賦太陽(yáng)能與風(fēng)能。為了幫助工人、社區(qū)向新的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，聯(lián)邦、州和地區(qū)所實(shí)行的相應(yīng)政策看起來(lái)完全能達(dá)到這一目的，而不再需要像二戰(zhàn)后的美國(guó)，進(jìn)行更大規(guī)模的人口自然遷徙。據(jù)認(rèn)為，大遷徙的主要原因是由于錯(cuò)誤的選址與產(chǎn)業(yè)的