揭秘丨清潔能源發展緩慢！以現有速度，能源系統變革仍需「向天再借400年」

04-17

15年前，美國卡內基研究院（Carnegie Institution）高級科學家肯·卡爾代拉（Ken Caldeira）通過計算得出結論：為了避免災難性氣候變化，在2000到2050年間全球每天都要增加等效於一座核電站容量的清潔能源。最近，他又對我們這些年的表現做出計算：情況並不樂觀，全球每天清潔能源增長量為 151 兆瓦，這僅能為 12.5 萬戶家庭供電。

據卡爾代拉和同事2003年發表在《科學》雜誌上的論文，我們需要每天增加1100兆瓦的無碳能源才能避免全球溫度上升2 ?C以上。

按照現在的速率，能源系統的變革就不可能在未來30年內發生，而是要等到400年後。與此同時，全球將會伴隨著溫度驟升、冰蓋消融、城市下沉，以及破壞性熱浪的肆虐。

卡爾代拉還說，我們調整能源系統的速率明顯慢了一個數量級，這凸顯出人們忽略的一個事實：我們不是不能以足夠快的速度發展清潔能源，而是經過數十年的警醒、辯論和清潔能源運動之後，世界依舊不能正視環境問題。

聯合國氣候變化機構稱，到本世紀中葉，全球溫室氣體排放量需要削減70%才能避免溫度上升2 ?C。但碳污染持續上升，去年就增長了2%。

所以，問題出在哪？

氣候災難的滯後性讓人們「短視」

二月末，《麻省理工科技評論》有幸採訪到哈佛大學環境中心丹尼爾·施拉格（Daniel Schrag）。

施拉格是奧巴馬總統的首席氣候顧問之一。作為一名地質學家，施拉格一直密切研究過去時期的氣候變化，他對事物的急劇變化過程有著獨特的見解。

在施拉格一份他最近與人合作的評估氣候變化風險的報告中，他指出了改革能源系統所需的技術細節，包括碳捕獲、生物燃料與能源存儲技術。

其中一個嚴峻的問題是，以人類目前的速率重建現存電網，仍需要100多年的時間，更不用說未來幾十年更大的用電需求。

「有可能把速率提升20倍嗎？可以，但我不認為公眾能理解這在鋼鐵、玻璃、混凝土需求方面意味著什麼，」他說。

事實上，氣候變化的災難性後果不會在短短數十年的出現，這使得問題更加複雜。即便有人抽象性地關心這一問題，他們並沒有感受到直接性的威脅。這樣一來的結果就是，他們不願意付出很大代價，或者通過改變生活方式來解決環境問題。

據MIT和哈佛大學的一系列調查，即使提升電費能「解決」全球變暖，美國人僅願意將每月電費提升5美元，而15年前這一數據還是10美元。

可以預見到的是，隨著野火、颶風、乾旱、物種滅絕和海平面上升的愈發嚴重，氣候變化或許會改變人們的思維模式，最終迫使世界解決這一問題。

但那時肯定已經為時已晚。因為，二氧化碳的溫室效應具有延遲性。大約需要十年才能全面達到溫室效果，並且它能在大氣中滯留上千年。一旦我們進入危險區域，減少二氧化碳排放量將無法緩解溫室效應，它只能避免情況變得更糟而已。除非我們能通過技術將溫室氣體大規模的從大氣中消除（或者可以通過地球工程（geoengineering）試試運氣），否則溫室效應將持續上千年。

有數據估計，削減排放量將使全球經濟每年萎縮幾個百分點，但無限制的升溫會使全球經濟在本世紀末降低20%，或者更多。

這也意味著，我們必須要在改革能源系統的開支與處理氣候災難的成本之間做出權衡。

缺乏變革的經濟動力

隨著經濟規模增長，未來幾十年全球能源消耗將飆升30%左右。（據國際能源機構的數據，到2040年，中國的能源增長量相當於全美能源總量。）為了儘快減少排放同時保持經濟增長，到2050年全球需要有10到30萬億瓦的清潔能源容量。這相當於要建3萬座核電站，或者安裝1200億個250瓦的太陽能板。

但是，對能源行業來講，現有能源系統的成本高達數十萬億美元，以這樣高的規模和速度來建設新能源系統的經濟動力實在是微乎其微。

圖丨1990-2015與2015-2040各類主要能源的需求變化。柱形圖從左至右依次為：炭，石油，天然氣，低碳。源自國際能源署 International energy agency官網http://iea.org

「如果你花了十億美元投資一千兆瓦的煤電，你當然不捨得煤電在10年內就退役，」加州大學爾灣分校地球系統科學系副教授史蒂文·戴維斯（Steven Davis）說。

這點是很難改變的，或者說是根本不可能的。除非有強有力的政府政策，或者重大技術突破能顛覆現有經濟體制。

可是，我們又有多少把握寄託於這兩者呢？

強硬的政府政策

加速能源發展最關鍵的一步是制定強硬的政府政策。

很多經濟學家認為，最有力的方法是通過直接稅收或碳排放與交易體系來實施碳排放定價。隨著化石能源成本的提高，能源界就有更多動力將化石能源替換為清潔能源。

「如果我們想在溫室氣體方面取得進展，我們就不得不支付直接或間接的碳排放成本，」加州大學伯克利分校能源經濟學家塞維林·波倫斯坦恩( Severin Borenstein）說。

圖丨2017年全球化石燃料工業排放上升2%，全球碳排放上升幅度為0.8%~3.0%。（圖片來源：Global Carbon Budget Report ）

但定價必須要高，要遠高於每噸15美元，即高於加州去年碳排放與交易項目的補貼。波倫斯坦恩認為，當人們調和電廠整個運行周期的成本時，碳排放收費40美元每噸的定價「剛好能將煤電完全驅逐出市場，並且能大力投資風能和太陽能。

還有人認為定價應該更高。但這一稅收值短期內將很難在很多國家通過。

另一個主要政策是，強制公共事業單位與公司將溫室氣體排放量限制在一定水平以下，最好是隨著時間的推移而減少。這種以法規為基礎的方法不像碳排放定價一樣具有經濟效益，但它的優勢是具有很高的政治接受性。據哈佛大學教授斯蒂芬·安索拉比赫勒（Stephen Ansolabehere）介紹，人們討厭稅收，但對空氣污染法則卻很順從。

過於樂觀的可再生能源革命

基礎技術的局限性同樣也在提升能源轉化的成本與複雜性。太陽能、風能等發展迅速的無碳能源仍然受陽光或風力等自然條件的限制。而隨著清潔能源併網發電能力的增強，我們需要有能平衡各地電力峰值與低谷的長距離傳輸線，或者大規模昂貴的儲能設備，又或者二者兼有之。

儘管人們對風能、太陽能等可再生能源普遍樂觀，但事實上，它們僅佔全球能源很小一部分，而且增長緩慢。

據 MIT 能源倡議組織（MIT Energy Initiative）研究員傑西·詹金斯（Jesse Jenkins）介紹，最終的結果是，我們要麼需要更多風能、太陽能、裂變電站、有碳捕獲技術的化石能源，要麼就要投更多錢建設更大的輸電、儲能、可再生能源系統。所有這些情況，都需要通過技術進步來降低成本。

但所有這些也只能解決改革電力部門所面臨的挑戰，而後者僅佔總能量消耗的20%不到。車輛與暖氣等電力消耗則佔有更大份額，這意味著我們最終需要開發的電力系統是現今的幾倍。

加州大學爾灣分校的戴維斯介紹說，「全球能源系統最棘手的部分」仍舊急需解決。其中包括航空、長途運輸以及鋼鐵和混凝土產業，後者在製造過程中會產生二氧化碳。為了將這些主要碳排放源從經濟中清除，我們需要更好的碳捕獲與儲存工具，以及廉價的生物燃料或儲能設備。

這些重大技術成果往往需要政府持續地大力支持。但跟碳稅和排放限值一樣，在目前政治氣候下，政府研發大幅提升資金是不太可能的。

現在看來，我們能做的就是抓住看起來最有效的槓桿：環境與清潔能源的利益集團需要將氣候變化作為優先考慮事項，將它與公眾和政治家關心的實際問題聯繫起來，比如空氣清潔、安全、工作等。投資者或慈善家需要對早期能源技術做長遠投資。科學家與技術人員應該把精力集中在最迫切的技術上。立法者需要推動政策變革，為能源公司提供激勵或施加壓力。

但現實是殘酷的。人們很可能無法實現本世紀中期的氣候目標。施拉格認為，溫度上升的幅度維持2 ?C以下已經成了「白日夢」，升溫在4 ?C以下就很幸運了。

這意味我們將付出代價：在環境災難中失去生命或飽受磨難。

如果全球升溫超過2 ?C，這將只是噩夢的開始。那時，我們不得不竭盡所能來遏制迫在眉睫的威脅、限制災害損失並儘快轉向可持續發展。