2排放無(wú)核能的能源技術(shù)路線圖 "/>
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本項(xiàng)研究的8點(diǎn)主要結(jié)論如下:

結(jié)論1
為了把全球氣候變化帶來(lái)的危害最小化,實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放經(jīng)濟(jì)”的目標(biāo)是必需的。
政府間氣候變化專門委員會(huì)(Inte rqovernmental Panel On CIlmateChange,1PCC)提出,全球二氧化碳排放將需要削減50%-85%(相對(duì)于2000年的水平),以限制全球平均氣溫比前工業(yè)化時(shí)期升高2-2.4攝氏度。在2050年之前,即使美國(guó)二氧化碳的排放總量削減80%,也完全不能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。那時(shí)美國(guó)的人均二氧化碳排放量仍有約2.8噸之多。
根據(jù)這一削減率,全球排放標(biāo)準(zhǔn):腎使得全世界的二氧化碳排放量與2000年的數(shù)字大致持平。相反,如果與全球排放量削減50%的要求相應(yīng),將全球標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為到2050年的每人的排放量需大致等同,那么美國(guó)的排放量就需要削減大約88%。如果全球削減二氧化碳排放85%,相應(yīng)地,美國(guó)就需要減排96%。如果按照歷史上的累積排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定排放配額,那么它將更為嚴(yán)厲苛刻。
將美國(guó)二氧化碳零排放的目標(biāo)定義為:相對(duì)于2000年的水平,排放量允許在零排放的正負(fù)各幾個(gè)百分點(diǎn)的區(qū)問(wèn)之內(nèi)。這個(gè)目標(biāo)對(duì)于保護(hù)全球氣候既是十分必要的,又是審慎合理的,也是能夠在合理成本下實(shí)現(xiàn)的。
結(jié)論2
一項(xiàng)允許排放量逐年遞減直至為零的固定的排放限制,它給化石燃料的使用大國(guó)提供了一種靈活通融的方式以消除二氧化碳的排放。然而,免費(fèi)的配額,允許以第三方的排放削減作為補(bǔ)償,或者對(duì)配額進(jìn)行國(guó)際間貿(mào)易,特別是與沒(méi)有二氧化碳排放上限限制的發(fā)展中國(guó)家進(jìn)行貿(mào)易,這些現(xiàn)象罔顧并有違于體系的宗旨和本意。如何建立一個(gè)以數(shù)據(jù)檢測(cè)為基礎(chǔ)的有形限制體系,并使之具有適當(dāng)強(qiáng)制力,這是亟需解決的課題。
一項(xiàng)對(duì)二氧化碳排放的嚴(yán)格上限控制針對(duì)的是化石燃料的使用大國(guó),其年使用量達(dá)到或超過(guò)1000億英熱單位(Btu)。處于這~級(jí)別的國(guó)家,具備足夠的財(cái)政資源以追蹤市場(chǎng)動(dòng)向,進(jìn)行買賣活動(dòng),而且相對(duì)干進(jìn)行賒欠,它們能夠?qū)Α巴顿Y于二氧化碳減排技術(shù)是否最為有利”做出權(quán)衡。這將占到化石燃料使用量的2/3。私人汽車,家用和小規(guī)模商用的天然氣,用于加熱的燃油,以及其他類似的小規(guī)模使用情況,這些都不會(huì)用“上限”進(jìn)行限制。通過(guò)制定能效標(biāo)準(zhǔn)、汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)、以及其他各類標(biāo)準(zhǔn),并由聯(lián)邦、各州與當(dāng)?shù)卣M(jìn)行強(qiáng)制執(zhí)行,這些領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型將會(huì)得以實(shí)現(xiàn)。這一嚴(yán)格的上限控制數(shù)字將逐年遞減,并且在2060年之前將降低為零。基于氣候的變遷與技術(shù)的發(fā)展,該時(shí)問(wèn)表的進(jìn)度完全有可能加快的。
由于隨著供給的下降,二氧化碳排放配額的價(jià)格具有上升的趨勢(shì),因而在多數(shù)時(shí)期內(nèi),由政府售出配額而獲得的年收益將依次達(dá)到每年300-500億美元。這些收入將用于推進(jìn)各個(gè)層面(地方、州、以及聯(lián)邦政府)的轉(zhuǎn)型改造,也可用于示范項(xiàng)目與技術(shù)研發(fā)。
為了實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放經(jīng)濟(jì),以下12項(xiàng)關(guān)鍵政策亟需成為法律。這12項(xiàng)政策建議是:
1、針對(duì)所有的化石燃料使用大國(guó),制定關(guān)于二氧化碳排放上限(強(qiáng)制性)的法律,規(guī)定在2060年之前其排放量需穩(wěn)步下降為零。減排時(shí)間表應(yīng)每隔一段時(shí)間根據(jù)氣候、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況進(jìn)行評(píng)估,以期縮短期限。上限的確定應(yīng)以2007年之前某一年份的排放水平為基準(zhǔn)。這樣,那些早先實(shí)施二氧化碳減排的國(guó)家就能從上限規(guī)定中獲益。排放配額只能由美國(guó)政府出售,并且只能在美國(guó)境內(nèi)使用。免費(fèi)的配額、補(bǔ)償行為以及二氧化碳排放配額的國(guó)際間買賣等行為都是不允許的。所得收入(預(yù)計(jì)每年約300-500億美元)將用于研究與開發(fā)、示范工廠建設(shè)以及社區(qū)改造:
2、取消所有對(duì)于化石燃料與核能的補(bǔ)貼及稅收優(yōu)惠政策,包括對(duì)新核電站產(chǎn)生的核廢料的處置擔(dān)保、貸款擔(dān)保以及保險(xiǎn)津貼:
3、取消對(duì)于用食用谷物制成的生物燃料的補(bǔ)貼;
4、建設(shè)運(yùn)用關(guān)鍵供應(yīng)技術(shù)的示范性工廠,包括具有熱儲(chǔ)存功能的太陽(yáng)熱能中央電站、大中型規(guī)模的太陽(yáng)能光電設(shè)施,以及利用微型藻類吸收二氧化碳并生產(chǎn)液態(tài)燃料;
5、平衡聯(lián)邦、州、與地方之間的購(gòu)買能力,以形成關(guān)鍵技術(shù)的市場(chǎng),包括插入式混合動(dòng)力技術(shù);
6、禁止興建新的不含碳儲(chǔ)存設(shè)施的煤炭發(fā)電廠:
7、在聯(lián)邦層次,制定有關(guān)高能效標(biāo)準(zhǔn)的法律:
8、聯(lián)邦政府推動(dòng)州與地方,制定并實(shí)行嚴(yán)格的建筑能效標(biāo)準(zhǔn):
9、制定嚴(yán)格的汽車能效標(biāo)準(zhǔn),并在2015年之前把插入式混合動(dòng)力汽車定為美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)型汽車:
10、實(shí)施聯(lián)邦契約訂立程序,以獎(jiǎng)勵(lì)較早實(shí)行二氧化碳減排的企業(yè);
11、積極研發(fā)能夠加速二氧化碳減排的相關(guān)技術(shù),并建設(shè)試驗(yàn)性工廠。例如,采用光合、光電化學(xué)及其他方法直接利用太陽(yáng)能制氫,熱巖地?zé)崮埽约敖ㄔO(shè)利用生物吸收二氧化碳的綜合氣化復(fù)合循環(huán)工廠:
12、在美國(guó)環(huán)境保護(hù)署科學(xué)事務(wù)咨詢委員會(huì)下,組建常設(shè)的能源與氣候委員會(huì)。
結(jié)論3
即使不使用核能或者化石燃料,美國(guó)電力部門照樣能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性與二氧化碳零排放的目標(biāo)。
美國(guó)的可再生能源資源極其豐富,并且實(shí)際上還未開發(fā)。12個(gè)位于中西部與落基山脈地區(qū)的州,其可利用的風(fēng)能資源相當(dāng)于美國(guó)所有電力生產(chǎn)總量的約2.5倍。北達(dá)科他州、得克薩斯州、堪薩斯州、南達(dá)科他州、蒙大拿州和內(nèi)布拉斯加州,其中每個(gè)州所蘊(yùn)含的潛在風(fēng)能資源都大于美國(guó)所有103座核能發(fā)電廠的發(fā)電總量。如果在西南部與西部日照量很高的地區(qū)集中利用太陽(yáng)能,那么在美國(guó)僅1%的國(guó)土面積上所蘊(yùn)含的太陽(yáng)能資源大約是風(fēng)能資源的3倍。
在美國(guó)利用太陽(yáng)能資源,僅停車場(chǎng)和屋頂?shù)拿娣e就能供應(yīng)美國(guó)絕大部分的電力之需。雖然這樣做需要加強(qiáng)電力分配設(shè)施,但它也具有防止電力傳輸線路增加的優(yōu)勢(shì)。第一步已經(jīng)邁出了。美國(guó)海軍部隊(duì)在其圣地亞哥的某個(gè)停車場(chǎng)上安裝了750KW的發(fā)電裝置,在其蔭蔽下則是一個(gè)能容納超過(guò)400輛汽車的停車場(chǎng),而且為發(fā)電能力的增加仍預(yù)留了充足的空間。
風(fēng)能比核能更具經(jīng)濟(jì)性。過(guò)去數(shù)年來(lái),隨著太陽(yáng)能電池成本的下降,在日照充裕的地區(qū),建設(shè)中等規(guī)模的設(shè)施頗具經(jīng)濟(jì)性,因?yàn)樗鼈冎饕诟叻鍟r(shí)段供應(yīng)電力。
風(fēng)能與太陽(yáng)能存在的主要問(wèn)題是問(wèn)斷性。如能把風(fēng)能與太陽(yáng)能合并到電網(wǎng)中,這一問(wèn)題就能夠得以緩和。例如,風(fēng)能通常在夜間更為豐沛。地域差異也能緩解各類能源與復(fù)合能源的間斷性問(wèn)題。將這兩類能源合并到電網(wǎng),使之占到發(fā)電總量的15%(這與目前核電所占的比重已相距不遠(yuǎn)),鑒于合理的最優(yōu)化步驟正在推進(jìn)之中,因此它的實(shí)現(xiàn)能夠憑借現(xiàn)有的基礎(chǔ),并沒(méi)有嚴(yán)重的成本或技術(shù)上的困難。
太陽(yáng)能與風(fēng)能還需要與水力結(jié)合起來(lái)。當(dāng)風(fēng)能發(fā)電量很低或?yàn)榱銜r(shí),水力就能用于發(fā)電。西北地區(qū)已經(jīng)在這樣做了。放水與漁業(yè)管理存在沖突,它的解決需要把3種能源與備用天然氣相結(jié)合。天然氣的高成本使得將其用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中顯得更為經(jīng)濟(jì),應(yīng)將它作為風(fēng)能的備用(儲(chǔ)用)容量與備用儲(chǔ)備,而非作為中等或基底負(fù)荷的電力來(lái)源。換而言之,鑒于天然氣的昂貴價(jià)格,出于經(jīng)濟(jì)性考慮,這些工廠在某些時(shí)段中不做運(yùn)轉(zhuǎn),而作為風(fēng)能發(fā)電的補(bǔ)充設(shè)施。壓縮空氣也能與這些能源結(jié)合起來(lái)用作能源儲(chǔ)備。這些發(fā)電與儲(chǔ)存的方法不需要采用任何新技術(shù)。
基底負(fù)荷電力可由地?zé)崮芘c生物質(zhì)能發(fā)電站滿足供應(yīng)。夜間的居間性電力可由太陽(yáng)熱能電廠供應(yīng),它們配備了能儲(chǔ)存數(shù)小時(shí)熱能的裝置。
最后,通過(guò)插入式混合動(dòng)力,以及車隊(duì)所有的或停在大型停車場(chǎng)內(nèi)的電力汽車,新型電池能夠以相對(duì)低廉的成本為其儲(chǔ)存電力。采用納米科技的鋰電池(Alairnano公司已經(jīng)開始生產(chǎn))能夠充分放電的次數(shù)遠(yuǎn)比汽車在其使用壽命中一般的用電次數(shù)要多(它們的放電次數(shù)分別為:10000-15000次和大約2000次)。
由于電池的性能,比起汽車本身所需的充放電的循環(huán)次數(shù)而言,是綽綽有余的,因此車用電池能夠成為一種成本極低的電力儲(chǔ)存設(shè)備,它能夠在“汽車電網(wǎng)”聯(lián)結(jié)系統(tǒng)(vehicle-to-GridSystem,V2G)中得到應(yīng)用。在該系統(tǒng)中,停靠的車輛被聯(lián)結(jié)到電網(wǎng)中,并依據(jù)電網(wǎng)與車載電池充電的需求狀況,對(duì)其進(jìn)行充電與放電。通過(guò)有線傳輸或無(wú)線傳輸?shù)耐ㄓ嵓夹g(shù)手段,上述設(shè)想就能得以實(shí)現(xiàn),而該通訊技術(shù)已經(jīng)得到了商業(yè)化應(yīng)用。只需所有數(shù)量的路上車輛中的一小部分車輛(幾個(gè)百分點(diǎn))就能夠提供充足的后備電力,以使一個(gè)設(shè)計(jì)良好、并使用可再生能源的(包括生物質(zhì)與地?zé)崮?電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
圖1表示種可能的電力輸送網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分布情況。大量的備用能源的獲取是可以實(shí)現(xiàn)的。這意味著將風(fēng)能與太陽(yáng)能結(jié)合起來(lái),就能供應(yīng)半數(shù)甚至更多的電力,又不會(huì)影響到供電的可靠性。后備能源中的絕大部分供給將由固定儲(chǔ)存,或V2G系統(tǒng),或采用由生物質(zhì)生成燃料的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠來(lái)承擔(dān)。其他形式的儲(chǔ)存將由熱儲(chǔ)存來(lái)提供,它與太陽(yáng)熱能中央電站相連接。實(shí)現(xiàn)水能的最優(yōu)化應(yīng)用則需要其他形式的儲(chǔ)存與后備能源的輔助。壓縮空氣的儲(chǔ)存也能補(bǔ)充風(fēng)能供應(yīng),而在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中,壓縮空氣正被用來(lái)減少甲烷的消耗量。
通過(guò)各種技術(shù)的恰當(dāng)結(jié)合,煤炭有可能被淘汰,核能發(fā)電亦是如此。然而,我們認(rèn)識(shí)到,某些正處在淘汰邊緣的技術(shù)并不會(huì)朝著當(dāng)前可能的路徑發(fā)展下去。因此,為謹(jǐn)慎起見,我們需要另準(zhǔn)備一項(xiàng)戰(zhàn)略。如果采用一項(xiàng)名為“整體氣化聯(lián)合循環(huán)”(Integrated Gasificatlon Combined Cycje,IGCC)的技術(shù),那么由煤炭發(fā)電廠釋放出的二氧化碳就能夠以適中的成本收集起來(lái)。
表3提供了詳盡的情況,預(yù)估的技術(shù)日程表,并附帶了能源與環(huán)境研究所(1EER)預(yù)想中的某些關(guān)鍵性元件的成本情況。根據(jù)能源與環(huán)境研究所描繪的參考圖景(見圖2),如果技術(shù)與政策能夠完整契合,那么在2050年之前就能在沒(méi)有化石燃料與核能的條件下實(shí)現(xiàn)二氧化碳的零排放。我們建議,不具備碳收集能力的新煤炭發(fā)電廠應(yīng)被禁止,因?yàn)楫?dāng)前建設(shè)此類新廠會(huì)增加提高二氧化碳排放配額的壓力,并對(duì)今后捕集二氧化碳造成更高的成本。
全部消除二氧化碳的排放最早能在2040年實(shí)現(xiàn)。消除核電也能在這一時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)。要較早地消除二氧化碳排放與核能則依賴于技術(shù)上的突破,比如在高效的太陽(yáng)能制氫方面。
如果技術(shù)研發(fā)遇到重大障礙,例如,V2G系統(tǒng)不能在本項(xiàng)研究所預(yù)期的期限內(nèi)完成(如推遲了15-20年),那么就需要采用其他一些技術(shù),例如用生物質(zhì)共同燃燒天然氣的技術(shù),甚至用生物質(zhì)與某些煤炭共同燃燒的技術(shù),以及二氧化碳封存技術(shù)。這樣,實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放經(jīng)濟(jì)就要推遲到大約2060年。
圖2表示的是,根據(jù)能源與環(huán)境研究所的預(yù)期,向最終用戶所輸送的能源(未包括電力與生物燃料在生產(chǎn)中的損耗)。它表明了一個(gè)大致準(zhǔn)確的模式——新型能源的引進(jìn)以及化石能源與核能的退出。它顯示出,能源效率的巨大作用。這一參考情景設(shè)想在2050年之前實(shí)現(xiàn)無(wú)核能、二氧化碳零排放的經(jīng)濟(jì)。
圖3表示相應(yīng)的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。先輕微下降而后上升的現(xiàn)象反映出,隨著電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用能效將大幅提高。
結(jié)論4
核能的應(yīng)用蘊(yùn)含著核擴(kuò)散、恐怖主義和嚴(yán)重事故的風(fēng)險(xiǎn)。它加劇了核廢料問(wèn)題,并使能源系統(tǒng)的脆弱性和不安全性延續(xù)下去,而這些原本是可以避免的。
作為一種減少二氧化碳排放的途徑,商用核技術(shù)正在得到推廣,其中包括美國(guó)政府。對(duì)于那些擁有商業(yè)鈾濃縮與分離钚設(shè)施的國(guó)家,美國(guó)與俄羅斯一道也正在推行一項(xiàng)限制商業(yè)鈾濃縮與分離钚(后處理)的計(jì)劃(鈾濃縮與后處理設(shè)施都能用來(lái)生產(chǎn)可制造核武器的材料)。這是一項(xiàng)意在改變《不擴(kuò)散核武器條約》(NPT)的透明化嘗試,卻不需要通過(guò)與條約簽署國(guó)一起修訂條約的程序。NPT條約賦予“無(wú)核武器國(guó)家”發(fā)展商用核技術(shù)的“不可剝奪的權(quán)利”,而該舉措將會(huì)顛覆NPT條約。無(wú)論如何,無(wú)核武器國(guó)家不可能愿意接受建議中所施加的限制。
人們不難認(rèn)識(shí)到,對(duì)核能日益強(qiáng)烈的興趣至少是部分地獲取了通向制造核武器能力的途徑。例如,為了與伊朗和以色列針鋒相對(duì),海灣合作委員會(huì)(成員國(guó)有:巴林、科威特、也門、卡塔爾、沙特阿拉伯和阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó))已經(jīng)申明,它將會(huì)公開地尋求獲取民用核能技術(shù)。在做此申明時(shí),沙特外交大臣薩德·阿爾費(fèi)薩爾親王(PrlriceSaud Al-Faisal)在記者招待會(huì)上總結(jié)說(shuō):“這并不是一個(gè)威脅,……我們公開地行事”。他指出,以色列的核反應(yīng)堆被用來(lái)為其核武庫(kù)生產(chǎn)钚,這是“原罪”所在。同時(shí),他呼吁本地區(qū)應(yīng)成為無(wú)核武器區(qū)。
由于美國(guó)政策的緣故,對(duì)商業(yè)后處理的興趣可能將會(huì)增長(zhǎng)。由后處理所產(chǎn)生的諸多問(wèn)題已經(jīng)令人頭疼不已了。例如,朝鮮利用其一座商用動(dòng)力堆與一座后處理廠獲得了用于核武器的钚。
除了核武器國(guó)家之外,大約30多個(gè)國(guó)家(地區(qū)),包括伊朗、日本、巴西、阿根廷、埃及、中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)、以及土耳其等,具有制造核武器的技術(shù)能力。而關(guān)鍵的是,美國(guó)能發(fā)揮垂范性的領(lǐng)導(dǎo)作用,在不訴諸核能的條件下實(shí)現(xiàn)必需的二氧化碳減排。更廣泛地使用核能將使當(dāng)前遭遇困境的核擴(kuò)散問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)事實(shí)上積重難返的死局。
甚至在目前,核電廠與設(shè)施的數(shù)量已經(jīng)使得不擴(kuò)散與NPT簽署國(guó)獲得核技術(shù)的權(quán)利之間產(chǎn)生了緊張狀態(tài)。增加核電廠的數(shù)量就需要增加鈾濃縮廠。然而,伊朗的一個(gè)鈾濃縮工廠已經(jīng)引發(fā)了全球性的“政治一安全”緊張狀態(tài),它是推動(dòng)現(xiàn)貨市場(chǎng)中石油價(jià)格波動(dòng)的一大主因。此外,由于核電廠被宣布為恐怖分子的襲擊目標(biāo),核電廠面臨著恐怖主義危險(xiǎn)。顯然,興建核電站徒增了襲擊目標(biāo)的數(shù)量,它并非一個(gè)良策。
核廢料問(wèn)題亦妨礙了問(wèn)題的解決。增加核電廠的數(shù)量只會(huì)使問(wèn)題更為復(fù)雜化。它將使美國(guó)需要建設(shè)第二個(gè)處置場(chǎng),并且可能還需要第三個(gè),即使第一個(gè)處置場(chǎng)——內(nèi)華達(dá)州的尤卡山處置場(chǎng)正陷入極大困境。即使官方評(píng)估認(rèn)為暴露性放射所致的傷害風(fēng)險(xiǎn)仍然持續(xù)增長(zhǎng),但目前為止,尚無(wú)一個(gè)國(guó)家能夠解決,由乏燃料與高放射性廢料的處置引發(fā)的,長(zhǎng)期性的健康、環(huán)境、與安全問(wèn)題。
最后,自1980年代初以來(lái),由于核能的支出與風(fēng)險(xiǎn)性問(wèn)題,華爾街(金融界)就一直對(duì)核能持懷疑的態(tài)度。這就為什么在時(shí)任原子能委員會(huì)主席劉易斯·斯特勞斯(LewIs Strauss)宣稱核能將會(huì)“便宜到可忽略不計(jì)”的講話已超過(guò)半個(gè)世紀(jì)之后,工業(yè)界仍然需要求助于政府提供的貸款擔(dān)保與其他補(bǔ)貼。保險(xiǎn)方面也同樣如此。與官方預(yù)計(jì)的由最嚴(yán)重的事故所導(dǎo)致的損失相比,現(xiàn)存的非常有限的保險(xiǎn)額是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。而且保險(xiǎn)幾乎都是由政府提供的。
(未完待續(xù),敬請(qǐng)期待!)