环保主义者反对100%可再生能源计划的理由 - 彭博社

加利福尼亚州特哈查皮的风电场。路透社/马里奥·安祖尼可再生能源在过去一年中非常活跃。加利福尼亚和纽约已经制定了雄心勃勃的计划，要求到2030年实现50%的可再生能源。斯坦福大学和伯克利大学的一组科学家提出了一个更大胆的愿景——鼓励所有50个州到2050年实现风能、水能和太阳能的全面使用，不包括任何核能或生物燃料。纽约市市长比尔·德布拉西奥宣布他也打算让市政府的电力完全来自可再生能源。

没有任何化石燃料能源的世界将是一个对人类和环境都更清洁的地方。目前，可再生能源仅占13%的美国电力。该比例的显著增加将导致空气污染及其相关疾病的重大减少，更不用说气候变化引发的洪水或野火的成本。节省的生命、时间和财产可以用于解决其他社会问题。

彭博社城市实验室一位艺术家重新构想童年的空间，结果却充满荆棘房地产开发商纳夫塔利在迈阿密海滩寻找交易，推动佛罗里达发展美国的驾驶和拥堵率比以往任何时候都高海牙是全球首个禁止石油和航空旅行广告的城市但尚不完全清楚，基于100%可再生能源的美国能源网是否是实现零碳未来的最佳方式。相反，环保主义者强烈主张以谨慎的态度接近这一目标。将零碳未来限制在风能、水能和太阳能意味着更高的储能成本，放弃其他现有的零碳来源，如核能，以及通常在地球上铺满面板和涡轮机以拯救它。

全面转型的优点

在他们的可再生能源路线图研究中，斯坦福大学教授马克·雅各布森及其团队使用美国能源信息管理局的数据来预测2050年的“正常商业”能源消费。他们随后编制了各州所需的能源组合，以通过扩大风能、水能和太阳能发电来满足这一预测需求。

最终目标是一个未来，在这个未来中，美国的每位司机都驾驶电动车，每个家庭和餐馆的每个炉灶都用电而不是燃气烹饪，每架飞机都使用低温氢气飞行（这就是 火箭使用的，而苏联也制造了一架 实验飞机，也用它飞行）。作者指出，电能在加热和电动机方面比燃料燃烧更高效。当这种效率在2050年扩展到一个完全电气化的社会时，他们预测美国的电力负荷将比正常商业模式减少39.3%。

斯坦福大学的马克·雅各布森等人提出的计划旨在到2050年将美国能源转变为100%可再生能源，涉及逐步减少对化石燃料和核能的依赖，并增加风能、太阳能和水能的供应。能源与环境科学对风能（占供应的50%）和太阳能（占供应的45.25%）的高度依赖带来了挑战，即在阳光不照或风力减弱时满足峰值消费者能源需求。雅各布森和他的团队提议通过组装一系列创造性的能源储存设备来实现这一目标，而不需要任何新的电池技术，例如将多余的能量以热量的形式输送到地下，稍后再提取使用，或者利用便宜的非高峰电力制造冰，然后在高需求期间用于冷却建筑。路线图表示，到2050年可以“每30秒匹配负载而不损失，持续六年”；作者有一项辅助研究来支持这一说法，尽管它尚未发布。

这一切听起来可能令人难以承受的昂贵，但研究人员反驳说，通过全面可再生电网避免的社会成本进行宏观层面的核算。他们估计因化石燃料引起的空气污染导致的生命损失的价格标签；消除这种污染，他们发现，到2050年每年可以节省高达6000亿美元。他们还估计避免气候变化相关损害（如干旱、野火、洪水和极端天气）为美国带来的节省。向可再生能源的转变将消除大约390万个与旧能源行业相关的工作，但将导致大约200万个40年工作的净增。

雅各布森将这一转变视为承认该国已经在为负外部性付费的一种方式。“经营这些煤矿的人并没有为他们造成的健康和气候成本买单，”他说。“他们长期以来一直在社会上搭便车。”

单一种植的缺点

100%可再生能源计划的目标是通过减少能源生产中的碳排放来实现一系列社会利益。麻省理工学院博士生杰西·詹金斯表示，拒绝一些零碳能源来源，例如核能，从一开始就使问题变得更加困难，他研究电力部门向零碳系统的过渡。

“当这些挑战已经相当困难时，为什么我们要限制自己在应对气候变化、空气污染和其他能源部门挑战时只选择狭窄的选项？”他说。

太阳能电池板在加利福尼亚州卡森的南加州爱迪生电力站吸收阳光。路透社/露西·尼科尔森完全可再生的投资组合会产生其自身特殊的障碍。例如，詹金斯指出，随着可再生能源进入市场，其边际价值会降低。风能和太阳能的免费能源输入最初会取代更昂贵的能源输入，如天然气。但假设可再生能源成功取代所有煤炭和天然气，那么该计划将需要建设更多的风能和太阳能，以取代提供2014年美国电力生产的19%的核能。这需要花费更多的钱来实现同样的清洁电网目标。

规划全可再生电网的另一个问题是变动性：太阳能在有足够阳光时产生，而风能在有足够风时产生。幸运的是，太阳通常在白天照耀，那时对能源的需求更高。但为了确保在可再生能源产出较少时有电力供应，需要进行能源储存。这种储存可以通过电池、热量、冰以及雅各布森提到的其他方法来实现。

“人们真正忽视储存的问题是，这不仅仅是一个日常储存问题，”清洁空气工作组的执行董事阿蒙德·科恩说，该组织研究低碳能源技术。“全球范围内，风能和太阳能的可用性，从周到周、从月到月，可以变化五到六倍。”

储存必须考虑到由于季节性天气变化，风能可能会中断数周。科恩指出，晚上制造冰以在第二天冷却建筑物是相对简单的，但为了应对三周的低风能，你需要储存足够的冰来在整个期间冷却建筑物。

因此，考虑到足够的储存，增加了能源转型的成本和范围。雅各布森呼吁增加605,400兆瓦的新储存能力。截至2013年8月，美国电网储存总计为24,600兆瓦，这意味着需要近25倍的增长才能满足路线图。这并非不可能，但如果有持续的能源来源，这种努力就不必要了。

一些环保主义者认为，美国任何清洁能源计划都应该涉及核能；上图为2011年夜间的三里岛核电站。路透社/乔纳森·恩斯特### 另一种零碳能源：核能

要求100%可再生能源的计划将核能排除在外。新的州路线图在没有太多讨论的情况下排除了核能，但雅各布森告诉CityLab，这主要是因为考虑到铀的开采和精炼，核能的碳排放比风能还要高。他还提到建立新的核电站的困难和费用，以及扩散和熔毁等其他风险。

完全放弃核能的决定让迈克尔·谢伦伯格感到特别愤怒，他是突破研究所的总裁和联合创始人，该研究所研究现代主义和技术如何改善人类繁荣和保护环境，并且是生态现代主义宣言的作者。他认为，核能的高效性、小土地使用足迹和有限的污染使其成为任何低碳未来的重要组成部分。

“如果你关心环境，你希望食品和能源生产变得更加高效和集中，”他说。“你希望投入更少的资源，获得更多的产出，并减少废物。”

随着主要能源来源从木材发展到煤炭，再到天然气和核能，Shellenberger表示，人类在投入的能源与获得的能源之间实现了连续的提升。“太阳能和风能实际上并不能替代煤炭、天然气或石油，”他说。“新产品必须等于或优于前者，而太阳能和风能与这些燃料完全不同，并且由于其间歇性而劣于它们。”

斯坦福大学经济学教授Frank Wolak，能源与可持续发展项目的主任，赞同核能在零碳电网中应发挥作用。他指出，美国的核发电机比以往任何时候都更安全，且具有极高的容量因子，这意味着它们几乎能产生所有潜在的能量。美国核能在2014年创下了91.8%的容量因子记录。而风能和太阳能的容量因子不到一半。

核能的容量因子远高于可再生能源——这意味着它能产生更多的潜在能量。EIA“核能是一个极其可靠的零碳能源来源，”Wolak通过电子邮件写道。“逐步淘汰它在经济上几乎没有意义，特别是考虑到美国核工业在过去30年中的成功。”

环保主义者为了主要依赖风能和太阳能而放弃核能的讽刺在于，这些能源需要对景观进行更多的改造才能产生相同数量的能量。这种足迹引起了其他环保组织和那些不想住在风力涡轮机附近的人的反对。

例如，雅各布森计划设想建造156,200个新的五兆瓦海上风力涡轮机。来自清洁空气工作组的科恩将其与开普风电项目进行比较，该项目将安装468兆瓦的风力涡轮机在开普科德附近。该项目崩溃，因百万富翁土地拥有者的法律和政治反对，以及当地居民和渔民的反对。雅各布森的提案相当于建造近1,700倍于开普风电的海上容量。

失败的开普风电项目的拟议效果图，计划在开普科德安装468兆瓦的风力涡轮机。开普风电### 多样化的投资组合

雅各布森的路线图显示，从工程角度来看，100%可再生电网是可行的。然而，实施这样一个计划的政治问题要复杂得多。该研究本身仅提供了缓解过渡的广泛建议（例如：“激励在建筑物和城市街道上更多使用高效照明。”），并指出二战期间飞机生产的增加作为美国在压力下制造能力的证据。

美国对环境的紧迫感是否会达到战争时期的高度是另一个问题。雅各布森表示，这将取决于政策制定者来填补细节，并指出加利福尼亚和纽约最近提出的可再生愿景表明这是可以实现的。“我们试图提供一个终点，每个州都必须找出如何到达那个终点，”他说。

撇开技术和政治可行性不谈，完全可再生电网为何比任何其他零碳能源组合更具吸引力也不清楚。“[100%可再生路线图]并不是一个优化研究，”詹金斯说。“它并没有说这是在任何指标上，特别是在成本方面，向前推进的最佳路径。他们说，‘我们能在多大程度上推动可再生能源，仅仅是可再生能源？为了仅通过这条路径进行脱碳，需要什么？’”

换句话说，如果目标是减少碳排放，还有其他方法可以做到这一点。詹金斯正在研究优化电网的模型，考虑成本、技术可行性和低二氧化碳排放的限制。对于一个拥有德克萨斯州类似风能和太阳能资源及能源需求的地区，约67%的能源将来自核能（如果可用，还包括水电或带有碳捕集和储存的化石燃料）。风能和太阳能约占19%，其余的13%将是快速启动以满足峰值需求的天然气公用事业，当其他来源无法满足时。这些数字因不同地点而异，在具有更好储存能力的情况下，可再生能源可以承担更多来自核能的负荷。

“如果你试图将这些部分中的任何一个推得太远，它最终会变得比最佳系统更昂贵且更难以管理。”“所有这些部分是协同工作的，”詹金斯说。“如果你试图将这些部分中的任何一个推得太远，它最终会变得比最佳系统更昂贵且更难以管理。”

随着太阳能和风能技术的进步和成本降低，其他清洁能源的路径也在不断发展。新的 熔盐核反应堆，仍在开发中，承诺提供更少铀密集的发电方式， 不需要水来冷却。它们将在降低核电厂成本方面发挥重要作用。詹金斯说，改造化石燃料电厂以进行 碳捕集和储存 的技术仍在扩大规模并降低成本。这将使我们能够清理仍有几十年使用寿命的煤电和天然气电厂，而不是关闭它们并在其位置上建设新的产能。

用可再生能源替代肮脏的化石燃料系统有很好的环境理由，但用其他零碳系统替代零碳系统的理由则不那么明确。在规划零碳电网时认识到成本限制将迫使我们以更少的资源做更多的事情，这实际上是一种相当好的可持续发展方法。