世界正在向氣候懸崖逼近,而在歷史上最大的可再生能源熱潮中,我們未能降低溫室氣體排放的事實,讓過去的確定性變得不那么確定了。
在我們開始擺脫化石燃料的同時,關于核能是否應該成為新能源組合的一部分也有激烈的爭論。在篩選了所有的證據后,國際氣候變化專門委員會寫道,要將溫室氣體從我們的系統中去除,“將需要更密集地使用低溫室氣體排放技術,如可再生能源、核能及碳捕獲和儲存”。根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的預測,如果沒有核能,我們就不太可能阻止地球氣候變暖達到災難性的程度,而且付出的代價也會更大。
核能的優勢同時也是它的弱點
核反應堆擅長提供穩定的電子流,在外界狂風大作、風平浪靜、太陽起落的同時,讓你的冰箱一天24小時保持低溫。同時。在美國,反應堆幾乎總是全力運行。
但他們不必這樣做——從技術上講,可以上下調節。加州大學伯克利分校的核工程師MassimilianoFratoni說,由于核電站的建造和運營成本很高,所以盡可能地從核電站中獲取電力是有意義的。“這也是文化因素的一部分,” Fratoni說。“能夠保持電廠90%的產能運轉是一件令人驕傲的事。”
所以核能的優勢在于它的一致性,但它的一致性也是一個弱點——尤其是在你僅僅需要核能來填補風能或太陽能的中斷的情況下。削減開支會減少收入,但開支卻保持不變:這些大型工廠的建設成本高達數十億美元,擁有數百名員工,其中許多人靠工資生活。如果核電站的電子流變慢,工資依然需要發放,但是卻停止了賺錢。
想想各種各樣的電力來源——太陽能電池板、風力渦輪機、燃氣發動機等等——就像角色扮演游戲中的角色:戰士、治療者、流氓巫師。每個人都有特殊的能力和弱點。
太陽能和風能的特殊能力是它們可以將免費資源轉化為電能。當然,問題在于這種特殊能力取決于大自然的任性。另一方則可以在任何需要的時候發電,但價格很高。因此,你不能對他們要求太多。電池和只在高需求時才運行的“峰值電廠”(通常使用天然氣發電)就屬于這一類。最后,還有一個由核電站和大多數化石燃料發電廠組成的主力機組,它什么都能做一點。它們可以隨意發電,但不能像電池或電瓶那樣迅速填補突然出現的電力不足。當然,它們提供的電子比使用免費燃料的可再生能源更昂貴。
杰西·詹金斯是麻省理工學院的一名研究脫碳途徑的研究生,他將這三種發電方式命名為“節省燃料”(間歇可再生能源)、“快速爆炸”(電池和峰值電廠)和“柔性基礎”(其余的)部分。理解這個靈活的基礎類別是理解為什么我們可能想要使用核能,以及我們是否可以在沒有它的情況下繼續前進的關鍵。
這里的練習是組建一個可以一起工作的團隊。有些策略傾向于最大化一個類,有些策略則傾向于混合。實現共贏的途徑是,把這些發電機組合起來,實現零碳電力系統。問題是,在靈活基礎類別中的所有東西都有問題。
不同的零碳組合
詹金斯多年來一直在研究如何實現零碳電力系統,這使他確信,最便宜的路線是找到這三種類型的組合。每天的用電量從早上起床開始烤面包時就開始增加,晚上關燈時用電量就開始下降,這并不奇怪。
根據詹金斯的研究,僅靠節省燃料和快速爆發的能源(主要是可再生能源和能源存儲)就有可能實現零碳排放。在這個場景中:不需要來自靈活基礎類別的輸入。但問題是:為了徹底淘汰可再生能源,即使在幾乎沒有陽光的情況下,你也必須建立足夠的可再生能源和存儲來滿足峰值需求。
在一個99%無碳的電網中,混合使用這三種資源——快速爆炸、節省燃料和靈活基礎類——傳統的發電廠和核設施會為整個能源生產奠定基礎。
核能價格昂貴
一開始,我對可再生能源價格昂貴的說法感到困惑,因為每天都有關于可再生能源是最便宜的能源形式的報道。令人驚訝的是,從Naam那里得知,把我們所有的電力供應交給核電是如此昂貴。核能的成本也相對較高,而降低核能的成本則更甚。
不過,根據勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley NationalLaboratory)研究能源系統的胡安·巴勃羅·卡瓦洛(Juan Pablo Carvallo)的說法,比較不同類別的發電廠的價格并沒有太大幫助,因為它們提供的服務完全不同。
回到我那非常書呆子的角色扮演類比:假設招募治療者比招募戰士或巫師更便宜,但如果你只選擇治療者,當刀劍來時,你就會遇到麻煩。您可能希望比較完成任務的各種字符組合的成本。你需要評估整個團隊的成本,而不僅僅是單個成員的成本。作為一個社會,我們要為整個電力系統買單,Carvallo解釋說,所以我們應該比較不同的發電團隊共同提供低碳電力,而不是單個電廠的成本。
幾乎每一個運行中的低碳電力系統模型都使用一些靈活的發電廠作為團隊的一部分。詹金斯發現,一旦可再生能源占到電力供應的80%左右,在能源結構中加入核能就真正開始具有經濟意義。
核能的替代者
在歐洲建造的任何新反應堆都更善于加速,但詹金斯補充說,我們并不一定需要核能——我們只需要一個實現零碳的連貫計劃。如果我們想要一個用作靈活基礎的非核選項,那么有其他競爭者:
*地熱能源只在幾個靠近地表有熱水的地方可行。但我們或許可以通過使用水力壓裂技術來分解巖石,并創造出通往地下巖漿的管道,從而制造出更多這樣的巖石。
*生物質能需要大量的土地——你必須在燃燒燃料之前種植它——而且它會產生污染。但是在美國西部,由于多年來對火災的過度預防,森林正遭受著燃料過剩的困擾。以可控的方式將煙霧排放到空氣中,可能比在火災中一次性排放要好。
*從化石燃料工廠獲取碳并不能消除空氣污染或大型煤礦。而且它非常昂貴。但是,隨著我們向零碳未來邁進,使核能成為可行的經濟方法也可能適用于碳捕獲和封存。
*長期存儲,比如某種電池,可以在夏天充電,然后在寒冷、無風的一月份提供一周的電力。盡管水力發電大壩可以充當電池,但我們離解決這個問題還很遠。當你有多余的電力時,你可以把水泵到水壩后面,然后在你需要電力的時候通過渦輪機把它壓下去。但是,我們沒有多少抽水蓄能,僅僅修建大型管道和二級水庫就會招致強烈的反對。更重要的是那還只是在我們討論建造新水壩之前。
我們或許應該考慮所有這些選項。采用100%的可再生能源確實可行,尤其是在德國和加州這樣的富裕地區。但是,如果我們有一些勞動力來填補這一空白,它將會更便宜、更快。這就是為什么國際氣候變化專門委員會(International Panel on Climate Change)發現,如果沒有核能,我們就不太可能阻止全球氣候變暖達到災難性的程度,而且成本也會更高。
劃重點
我們真的可以使用一種低碳的能源發電,它可以隨著可再生能源的潮起潮落而平穩地變化。但現在根本不存在這種情況?,F有的核電站不能有效地調峰,但如果必要的話,它們也可以不那么有效地調峰。
現代爭論的焦點是價格。如果你把發電廠想象成可以互換的、釋放電子的黑盒子,那么就很難找到建造核反應堆的理由。但是,如果你要區分不同類型的發電廠——如果你想在可再生能源和電池顯示出弱點的時代補充勞動力,核能就很有意義。
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