脱碳理想背后的绿色新政并非高不可攀

关于绿色新政的谈话是大胆的,及时的和必要的。作为起草了绿色新政中最重要的组成部分是其完整的脱碳承诺。这是目标,月球对我们的大胆创新。现在的问题是:我们如何到达那里?我们学到什么是它至少两倍那么容易,因为我们的想法。

传统上,关于能源经济的讨论一直是关于效率和国内生产,而不是关于脱碳。这是上世纪70年代石油危机的产物,也是对美国能源独立的担忧。这种老式的方法本质上转化为更省油(但仍使用石油)的汽车和更好隔热(但仍使用天然气加热)的房屋。

这种方法只能得到完全脱碳的一小部分。

我们需要替代技术,满足我们的能源需求并实现零排放,除了提高效率的方式。来自可再生能源(太阳能,风能,水电,地热)产生的电力和核是满足问题的规模的替代技术。好消息是,道路使用这些技术总脱碳更清晰(和更引人注目的经济),比大多数人认为的。

脱碳不是不可能实现的理想;直接从美国能源使用提供最佳的数据它遵循。

1973年出版的“了解国家能源困境”是能源政策规划第一次使用桑基图表。

在2017年,Otherlab我创建并领导的这家公司,与美国能源部高级研究计划局(Advanced Research Project Agency)签订了合同,审查所有可用的能源数据来源,并创建美国能源经济的超高分辨率图像。其目的是确定研究的优先次序,并为新能源技术和政策建立方案模型。这项工作利用了几十年的努力美国能源信息署(PDF)劳伦斯利弗莫尔国家实验室分析美国的能源经济,并提供在每年的快照桑基流程图的形式。该Otherlab“超级桑基”工具可在www.departmentof.energy-是的,我们厚颜无耻地选择了这个网址。

上映射的美国能源使用这项工作始于1973年,当时杰克桥梁,为联合委员会的原子能工作(智力前兆能源部),所使用的桑基格式和一个神话般的书后,它的提高,“理解国家能源困境”(PDF)。该委员会已被控以“发展的能量显示系统,在不到一个小时,可以给一个非常忙碌的人的规模和我们国家的能源困境的复杂性的理解。”这“忙人”是为了表示决策者在国会。

上面的图表太小,无法详细阅读;为了更好地理解,它需要一个大型的墙壁显示器。网上互动版载于http://energyliteracy.com使观众能够深入到任何特定的行业部门和了解能量,它生产或消费。

The interactive Sankey diagram we created for ARPA-e in 2018 represents all of the energy flows in the U.S. economy, from "primary energy" sources such as coal, natural gas, oil, hydropower, solar, geothermal and nuclear power, through their transformation into intermediate sources such as gasoline, diesel and other intermediate fossil fuels, or electricity, and then their use by various sectors of the economy.

该图还表示了在这些转换中,包括在发电中使用的能量的能量,在传输中丢失或体现在产品和材料,其使用能量在其生产。一个给定的流识别给定能量使用的尺寸和由此的宽度点的方式向最有影响的干预,以减少能量的使用或使脱碳。

国家经济规模的能源使用是按四分之一计量的。1夸脱是1千万亿英热单位(BTUs)。方便的是,美国每年使用大约100夸特,这意味着一个夸特大约等于全国每年能源使用总量的1%。

桑基图告诉了我们什么

有了我们所拥有的最好的数据,并负责经济脱碳,什么样的图景,或一套选择,会出现?答案是如此出人意料,如此重要,以至于它应该成为任何有关“绿色新政”(Green New Deal)的讨论的中心。

大多数专家们一致(PDF)大规模脱碳最可能也是最现实的途径就是大规模电气化。仅仅是电气化这一举动就对效率产生了巨大的影响:通过无碳能源实现美国经济电气化将减少一半以上的能源需求。怎么会这样呢?

脱碳发电节省了全国25%的能源消耗

首先,最大的节省在a完全脱碳经济(PDF)从化石燃料发电过程中所损失的大量能量(以及产生的二氧化碳)。

我们的总能量需求25%左右被淘汰,因为燃烧化石燃料来发电是非常低效的过程产生的废热的大量。一次能源的39个四边形进入电力部门中,只有约12实际交给行业,我们的家庭和我们的业务。其余的消失,毫不夸张地说,到空气中的废热和二氧化碳。

当我们开发电力新的主要来源,而不是将化石燃料电力,不再需要这种浪费。

电气化运输节省14%好用的买球外围app网站

交通电气化是下一个能源大胜利:一次能源的28辆好用的买球外围app网站四轮摩托车进入运输行业,包括汽车,卡车,飞机,火车和轮船。

绝大多数车辆在油运行。如果我们所有通电的轿车和卡车,我们将通过约三分之二的能源量在移动这些车辆消耗的减少。汽车发动机是即使在转换化石燃料为有益的活动比电厂效率较低。他们通常在%的效率约25运行,在动力传动系统进一步的损失。电动车已成为主流,在成本下降和性能,范围和选择正在增加。绿色新政将增加的速度和这个产业转型的影响。

这是好消息;在我们需要的21个四轴飞行器中,我们只需要7个在未来实现电气化,所以其他14个四轴飞行器就不需要好用的买球外围app网站生产或产生了。

不需要寻找,开采,提炼和运输节省了6%

大量的化石燃料被用来发现、开采、加工和运输化石燃料。在零碳经济中,我们不需要消耗能源。

那个多少钱?图说0.9四边形用于通过4400000英里管道泵送天然气;超过3个四边形用于打开油转化为汽油和其它燃料产品在炼油厂;几乎2四边形是用于提取石油和天然气;0.25四边形用于采矿设备和0.25四边形使用柴油从矿井推煤电厂。这就是目前的能源经济的进一步四边形6,我们将不再需要。

是的,我们将要建造风车,太阳能电池,电池,核电厂和电力车辆的替代品,但在其建设和运营使用的能源可能是一个所占比例较小21世纪的能源经济。太阳能电池板在其使用寿命的头一到两年就能产生足够的能量维持20至25年(PDF)。风力发电机偿还它们在20多年生命的前6到9个月里产生的能量。

电气化建筑和水暖至少节省了5%

解决我们如何在家庭和办公室加热水和空气是新能源经济的折扣另一个巨大的机会。

今天,我们通常使用化石燃料来为我们的家庭和商业建筑供暖;提供煮食、热水及晒衣所需的热能;为工业提供热量。(在这种情况下,绝大多数来自天然气,其余的要么来自燃料油,要么来自生物燃料。)但是对于“低温热”,也就是通常比人类皮肤温度高但比沸水温度低,我们有一种令人震惊的先进技术,叫做“热泵”。

存在Shutterstock 塞巴斯蒂安工作室
两个埋在雪中的现代住宅热泵。
热泵有时被描述为空调运行的落后,这是正确的,但对于这次谈话所有我们需要知道的是,他们是商用的系数大于3的性能(警察),这意味着每单位热量,他们只需要三分之一的电力的单位。

用热泵为住宅和商业供暖实现电气化,使该部门的能耗从全国的7.5夸脱增加到2.5夸脱,节约了5夸脱。工业中使用的低温热源使用3夸脱。通过热泵给那个部件通电可以给我们2夸德的折扣。

LED照明和工业效率有可能赢得多5%

与电动汽车一样,LED照明在质量、性能和可用性方面都有了很大的发展。LED照明的批发承诺将节省我们另一个四流明作为流明,LED使用的能源只有五分之一的传统照明技术。

我们的“能量流”中有四分之三以上是初级燃料,这些燃料最终会转化为“能源材料”,如钢铁中的煤炭、化肥中的能源、建筑中使用的木材、沥青中的石油以及塑料中使用的石油和天然气。

一些燃料的用途不会导致排放量,和其他人将通过创新的工业生产过程和类似材料的生物源所取代。有工业效率进行更进一步的收益。

总之,在不改变我们的家园,还是我们的汽车的尺寸或者从根本上改变了我们的生活的面料,这些折扣是指使用无碳燃料来源完全电气化能源经济将需要不到一半的能源,我们使用总量今天。

人们会指出,你不能通电的一切。这是千真万确的;例如,长途飞行是非常困难的脱碳,虽然它可以用生物燃料来完成。美国具有可以与已知的技术转化成天然气,柴油和石油代用品惊人的生物燃料资源。

对于那些不适合电气化的经济领域,以及为了应对冬季取暖需求而进行的季节性储存,我们可能需要将生物燃料产生的能源量增加一倍,从4.5夸脱增加到9夸脱左右。这是一个超出可实现的数字美国生物燃料的巨大潜力

我们需要在这个21世纪基础设施的电力将来自哪里?今天主要燃料的38辆四轮摩托车只提供12辆四轮摩托车电。在明天的全电气化的经济,我们需要用电的33个四边形交付。

有以使所有用电干净多路径

可再生能源和核能的发电量超过30夸特是合理的预测吗?

美国屋顶的保守分析,由美国国家可再生能源实验室(NREL)(PDF)完成据估计,屋顶太阳能可以提供大约6夸脱的电力。一项雄心勃勃的屋顶改造工程将产生近10-12个四轴飞行器,其优势是这些能量将在使用的地方产生,从而消除了传输的成本。用一秒钟的时间打破常规——用太阳能覆盖美国10%的停车位将会产生超过6个四轴飞行器。

美国还有惊人的工业规模的风能、生物燃料、水力发电和太阳能资源——足够满足20个四轴飞行器。

我们有可能也有理由认为,目前100个核电站产生的3夸德的核能电力,在新一代核能的基础上可以增加两倍,达到10夸德。一些国家将努力生产足够的零碳能源来满足自己的需求;然而,美国将有机会成为能源净出口国。

未来电网的具体构成细节可以由政策、市场和人民来确定;好消息是,这个目标是非常合理的,因为已知的技术在许多市场上已经是最便宜的电力形式,而且只会越来越便宜。

例如,在澳大利亚的屋顶太阳能在美国交付的平均零售公用事业电力,这是13.8c /千瓦时约7美分/千瓦时,为消费者,大约一半的成本产生电力。具有高确定性,我们可以说,在未来脱碳,比今天的美国平均家庭将支付较少对他们所有的能源账单的。

人们还会指出,建设新的21世纪脱碳能源基础设施需要能源。太阳能电池板、风力发电场、电动汽车和热泵不会在树上生长。

LED照明,仓库
存在Shutterstock Petinov Mihilovich
LED照明的批发承诺将节省我们另一个四流明作为流明,LED使用的能源只有五分之一的传统照明技术。
在过渡时期,建设新一代基础设施所需的能源将是巨大的。但投资回报将是巨大的。将我们经济中使用的总能源减少50%意味着这些新的投资将是有利可图的。它们将创造新的产业,让数百万人就业。

我们甚至没有提到一些其他的优势和胜利是可能的。

短期和中期的距离电动飞行不仅是可能的,而且会使这些飞行更安全,更安静,使用更少的能源。Insulating our homes and offices provides a smaller (traditional) efficiency win —  or discount. Lighter-weight and more aerodynamic cars and a Cambrian explosion of small electric vehicles mean that we might get further discounts still in transportation. Industry, particularly with new biotechnology providing alternative and better precursors for processing into myriad materials is another fabulous opportunity that the USA can be a leader in.工业自动化和先进制造业提供了更多的机会。

这个计划并没有解决所有的排放源。重要的来源仍然有待驯服,特别是用于空调和制冷的制冷剂,以及来自农业的甲烷排放。这些挑战也有技术解决方案。我在这篇文章中关注的只是我做了最多研究的能源经济排放。

会有改善空气质量,水质量和生活质量的巨大剩余收益。我们所有人积累的健康福利将为国家的医疗保健节省大量资金。

人们会担心我们将如何为这一切买单。这不是正确的思考方式。考虑到未来效率带来的巨大成本节约,问题应该是“我们如何为这一扣篮式投资融资?”Reducing a major source of costs by 50 percent should be seen as the source of unassailable competitive advantage for our economy, an investment sure to repay itself many times over.

我上面所描述的所有能源技术都具有高资本成本但低运营成本。这些都是为创新融资的绝佳机会。美国在20世纪20年代发明了汽车贷款,并在40年代普及了抵押贷款——这两项发明对美国社会结构的影响超过了20世纪任何一项单独的技术。

融资就像一台时光机,让你在今天拥有你想要的未来。如果我们能提供低息融资这一21世纪的基础设施在一个类似的低息融资方式我们给消费者购买汽车和房屋,和在20世纪的公用事业基础设施建设,这一努力将对每个人都负担得起的和锁定能源成本低,更可预见的未来。在以“绿色新政”为代表的银行业和融资机会方面,美国可以再次引领世界。

首次技术进步为我们提供了机会,今天更清洁,巧妙地提供更低的成本获得全体公民所有,他们享受的能源服务。这可能是这个程序有其副作用的新的美国丰盈。它几乎肯定会改善健康和所有美国人的福利。它也将提供高薪工作的一个巨大的新来源。

任何大规模电气化计划的所有电力热泵、太阳能屋顶、电动汽车和其他部件的安装基本上都是物理的、当地的工作,不能外包。支撑这一计划的家电和汽车产品发挥了美国制造业的优势。如果美国在这些技术的商业化和制造方面处于领先地位,它将提供我们自二战后以来从未见过的出口机会,当时世界上其他国家的制造业基础设施被战争摧毁。

绿色新政是不是在它的范围,其野心幼稚的或不可能的。恰恰相反,它代表了唯一可行的途径,以美国的丰度和卓越的自 - 最后的新政。

文章最初出现上中等。请参考该文章的一些在这篇文章中介绍的概念的更多细节。索尔·格里菲斯将是一个有特色的扬声器边缘19加州奥克兰,10月22日至24日。