实现净零排放需要经济各个部门进行大规模变革,推动这一转变的努力正在加大。过去几年中,通过“气候创新2050”计划,气候与能源解决方案中心 (C2ES) 与不同部门的领先公司密切合作,研究到 2050 年实现美国经济脱碳的挑战和解决方案。正如我们在《迈向零排放:美国气候议程》中所述,实现净零排放需要进行大规模变革,但也需要我们解决一些独立且紧迫的挑战。为了让政策制定者了解这些近期和长期问题,C2ES 发布了一系列“近距离观察”简报,以探讨脱碳挑战的重要方面,重点关注关键技术、关键政策工具和跨部门挑战。这些简报将探讨政策影响并概述到本世纪中叶实现净零排放所需的关键步骤。
从现在到2030年,能源系统的转型将需要每年估计每年20-50亿美元的投资,远高于印尼可再生能源领域的平均投资,每年低于20亿美元。到2030 - 2040年,该国将需要每年投资600亿美元,以加强脱碳工作。投资分布良好,并用于不同的清洁能源技术。对太阳能光伏的投资(包括屋顶太阳能光伏)将在未来十年中每年最高约2-7亿美元。在2030年至2040年之间,太阳能光伏投资将需要每年增加到200-25亿美元,约占该时期总投资的三分之一。随着太阳能光伏从2030年开始成为能源系统的骨干,对电池的投资将是至关重要的,并且至关重要,从2030年到2040年,每年至高13-16亿美元。
脱碳和降解基础设施对衰老的美国电网提出了双重挑战,这对经济,国家安全和公众福祉至关重要。本文围绕传输计划过程和政策选择提出了挑战,以改善这些问题。特定的,长期的区域传输计划受到冲突的阻碍,而不是新开发项目所产生的成本的公平分配以及提出和许可挑战。需要全面估算好处和联合跨区域评估的政策变化可以促进实现和经济上满足网格要求的项目。此外,非传输替代方案(NTA)和相关分配技术的监管方向和考虑因素增加可能会推迟或替代新传输的需求。美国的能源过渡已经在进行中,在电力部门脱碳方面取得了长足的进展。长期成功取决于传输系统能够适应
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提高我们运输、储存、转换和有效利用热能的能力将在避免全球平均气温上升超过 2°C 方面发挥不可或缺的作用。尽管存在这一关键需求,但目前的热科学研究与深度脱碳所需的研究之间存在显著脱节。在这里,我们重点介绍了五项我们认为可能对全球排放产生重大影响的热科学和工程重大挑战。这些挑战是根据对其潜在影响大小的估计(即通过评估如果该技术最大限度地成功,可以减少的全球温室气体 (GHG) 排放量比例)以及我们自己对科学进步和技术突破机会大小的看法和定性评估确定的。例如,尽管提高固定电力部门热机的效率可能会产生影响,但这里并没有重点介绍,因为目前的热机已经非常接近其热力学极限运行。
编者注:曼尼托巴大学教授瓦茨拉夫·斯米尔被视为能源转型史领域的国际权威。《科学》杂志称他为“悄悄影响世界能源观念的人”。用比尔·盖茨的话来说,“没有哪位作家的书比瓦茨拉夫·斯米尔更让我期待。”在这份政策简报中,斯米尔博士根据他在国际化学史期刊《Substantia》最近一期上发表的研究文章,探讨了脱碳的挑战。他认为,正确认识能源、工程和经济现实意味着全球能源供应脱碳将比不加批判的“绿色”解决方案支持者通常认为的要困难得多,而且需要更长的时间。加拿大政府致力于到 2050 年实现净零碳排放,斯米尔博士对我们在国内和全球面临的挑战的规模和复杂性提供了重要见解。
全球通过减少能源相关温室气体 (GHG) 排放来应对气候变化的努力在电力领域取得了最大的成功,这得益于可变可再生能源 (VRE) 发电量的持续增长,以及一些地区的燃料从煤炭转换为天然气 (NG)。例如,在 2009 年至 2018 年期间,由于技术成本持续下降和政策支持,全球风能和太阳能装机容量分别增加了约 3 倍和约 20 倍 1 。在某些地区,例如美国,这一趋势因用天然气发电取代煤炭发电而得到补充,导致美国电力部门的二氧化碳排放量自 2005 年以来下降了 28% 2 。尽管趋势向好,但电力行业的深度脱碳仍然是一项艰巨的挑战,这反映在 2018 年 VRE 仅占全球发电量的 9%,而碳密集度最高的化石燃料煤炭发电量占总发电量的 38%,并且在某些地区(例如印度)3 继续增长。多项研究预测,到 2050 年,全球电力消费量可能会增长 45-50%4,这主要是由于目前服务不足地区空调等服务用电量的快速增长、热力和运输等其他终端用途的电气化,以及为支持云计算需求而不断提高的数字化程度和相关的数据中心的激增。这表明,为了确保电力行业的温室气体排放到本世纪中叶接近净零,需要大幅加快电力行业脱碳的速度。鉴于电力行业基础设施投资的长期性,未来20至30年可能对于确定该行业的长期温室气体排放趋势以及实现本世纪末气候稳定目标的能力至关重要。
