在推動西部山區(qū)及更偏遠(yuǎn)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)去碳化過程中,人們談?wù)撟疃嗟氖秋L(fēng)能、太陽能、電動汽車、氫能以及碳捕獲和碳存儲。電網(wǎng)作為相互連接的發(fā)電廠、輸電線路和控制中心,維持著全國的照明,是未來碳中和電氣化世界不可或缺的推動者,我們不該對其避而不談。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)的能源與經(jīng)濟(jì)學(xué)研究員瑪麗·尤爾斯(Mary Ewers)研究電網(wǎng)已有十多年,她表示,無論是在設(shè)計還是整體容量、存儲和儲備方面,未來實現(xiàn)碳中和需要對電網(wǎng)進(jìn)行重大改革,因為無論是駕駛汽車還是家庭取暖,耗電量都越來越多。實現(xiàn)碳中和還需要科學(xué)向公眾和決策者提供相關(guān)選擇信息,以便他們在各個層面,從社區(qū)到各州乃至各地區(qū),給予支持并做出最佳選擇。
基于地點的解決方案
尤爾斯利用山間西部(I-WEST)能源可持續(xù)性和過渡倡議引領(lǐng)電能發(fā)展。I-WEST由美國能源部贊助,由洛斯阿拉莫斯國家實驗室牽頭,匯集了各行各業(yè)的人們,以推動向碳中和能源經(jīng)濟(jì)的過渡。I-WEST地區(qū)包括亞利桑那州、科羅拉多州、蒙大拿州、新墨西哥州、猶他州和懷俄明州。每個州的社區(qū)都受到了市場向新能源轉(zhuǎn)型的影響。
尤爾斯表示,I-WEST是一項基于地方的倡議,致力于尋找最適合該地區(qū)的戰(zhàn)略和技術(shù),以減少各部門的碳排放,同時,它可以提供可靠的能源,促進(jìn)就業(yè),并推動社區(qū)繁榮。
今年下半年,I-WEST將制定初步的能源轉(zhuǎn)型路線圖,其中包括實現(xiàn)碳中和的途徑,重點聚焦在氫氣、二氧化碳、生物能源和低碳電力這四個主要技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)社區(qū)的意見,路線圖將概述該地區(qū)人民的需求和關(guān)注點、該地區(qū)最適合部署的技術(shù)、可用于碳中和能源的資源、潛在的行業(yè)合作伙伴以及經(jīng)濟(jì)和政策前景。
碳中和能源系統(tǒng)不會增加二氧化碳排放量,它是控制氣候變化至關(guān)重要的一環(huán)。
需要廣泛的能源技術(shù)
尤爾斯稱,I-WEST地區(qū)的電力部門每年二氧化碳排放總量達(dá)1.66億噸,其中有1.29億噸源于煤炭發(fā)電,3700萬噸源于天然氣發(fā)電。隨著向碳中和電力轉(zhuǎn)變,我們將需要依賴廣泛的能源技術(shù),包括家喻戶曉的風(fēng)能和太陽能,以及更先進(jìn)的技術(shù),例如將氫氣與天然氣混合,用公用事業(yè)規(guī)模的電池來儲存可變的可再生能源以供按需使用,小型模塊化核反應(yīng)堆等。
我們需要一些使能技術(shù)來實現(xiàn)這些途徑。碳捕獲可以立即減少點源排放,實現(xiàn)氫生產(chǎn)型碳中和;公用事業(yè)規(guī)模的電池可以讓可再生能源變得可靠;水處理技術(shù)可以減少能源生產(chǎn)用水。
其中一個關(guān)鍵難題就是要從煙囪排放中捕獲碳并將其隔離在地質(zhì)構(gòu)造中,或?qū)⑵溆糜谛滦突炷恋犬a(chǎn)品中。碳捕獲可以減少傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電廠的碳足跡,并最終實現(xiàn)碳中和。
通過與電力生產(chǎn)和傳輸部門、工業(yè)消費(fèi)者、地區(qū)和農(nóng)村合作社、地方大學(xué)以及能源部實驗室之間的研討會,I-WEST已經(jīng)明確了向碳中和過渡的種種挑戰(zhàn),并找到了最適合該區(qū)域的途徑。該地區(qū)太陽能豐富,理應(yīng)使用可再生能源。由于該地區(qū)資源充沛、勞動力充足以及基礎(chǔ)設(shè)施完備,所以天然氣和氫氣混合成為該地區(qū)能源轉(zhuǎn)型的“橋梁技術(shù)”。由于該地區(qū)擁有開采和再加工鈾的能力,核能發(fā)展前景廣闊。
實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的首先要平衡輸電網(wǎng)的負(fù)載,也就是將供應(yīng)與波動(可能會增加)的需求相匹配。平衡輸電網(wǎng)的負(fù)載,其中一個難題是存儲可再生能源發(fā)電,以便電網(wǎng)在化石燃料無法提供穩(wěn)定電力的情況下處理極端事件。解決措施可以從電網(wǎng)規(guī)模電池入手,或采用泵水蓄能等其他選擇。泵水蓄能利用風(fēng)力或太陽能將大型蓄水電池組中的水不斷提升高度,然后將水從高處釋放。當(dāng)水流過水力發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電時,重力做功。然而,水資源供應(yīng)是有限的,這可能是其中一個影響因素。
地?zé)崾强稍偕茉吹囊粋€地域性選擇,它利用西部地區(qū)的高溫,在沒有電網(wǎng)規(guī)模電池的情況下,仍然可以提供穩(wěn)定的電力。雖然目前的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)限制了地?zé)崮茉谠摰貐^(qū)的調(diào)動使用,但正在探索和開發(fā)的新技術(shù)可以大大增加地?zé)岬氖褂?,以實現(xiàn)該地區(qū)的碳中和。
同時也存在著其他挑戰(zhàn),例如將電力從新來源輸送到最終用戶的傳輸能力有限。另一個挑戰(zhàn)是缺乏地域性的定價體系,這會造成向碳中和能源轉(zhuǎn)變的最大影響因素,即成本。經(jīng)濟(jì)因素可以驅(qū)動每一個決定。部署這些新技術(shù)的許多成本將通過地方稅轉(zhuǎn)嫁給消費(fèi)者,監(jiān)管機(jī)構(gòu)必須批準(zhǔn)這些費(fèi)率。這并不意味著每個人的電費(fèi)都會飆升,因為電力公司通常會進(jìn)行新的投資,這些投資是通過費(fèi)率來支付的,但這些問題需要在各個層面采取新的解決方法。
區(qū)域性電網(wǎng)應(yīng)對這些挑戰(zhàn)將需要萬無一失的全系統(tǒng)計劃。在研究電網(wǎng)漏洞、優(yōu)化其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行以保持電網(wǎng)彈性方面,洛斯阿拉莫斯擁有數(shù)十年經(jīng)驗,在與該地區(qū)利益相關(guān)者合作的I-WEST計劃中處于有利地位。
尤爾斯表示,這不是實現(xiàn)碳中和的單一技術(shù),而是一系列的解決方案。
原標(biāo)題: 碳中和的未來取決于更新制造、運(yùn)輸和儲存電力的方式