美國德克薩斯州由于極端天氣下風力發電故障導致大范圍長期停電,同時加利福尼亞州在夏季也經常出現的周期性停電現象。人們對風能及太陽能的可靠性產生了質疑。
聯邦政府和州政府應積極應用核能和天然氣,并采用碳捕集與封存(CCS)技術。這將為美國提供高效、可靠、清潔的不間斷能源供應。
太陽能電池板和風力發電機僅在陽光照射和風吹時才產生能量。太陽能電池板的使用壽命只有25年,而據國際可再生能源機構(IREA)稱,到2050年,每年將產生600萬噸的太陽能電池板廢料。風力發電機也會產生大量有毒廢物。建造一臺風力發電機需要消耗150噸煤和2噸稀土。而且開采稀土會對環境造成不利影響。
當然,核能和天然氣也會產生廢物。核反應堆會產生放射性廢物,這些廢物被存儲在安全區域。核廢料將嚴格按照法規進行處置。天然氣廠也產生二氧化碳,但是CCS技術可以大大緩解。
核能以及與CCS技術相結合的天然氣,是應對氣候變化的有效措施。
在美國,核能僅占發電量的20%,而天然氣則占40%。核能在93%的時間內發揮作用-比任何其他能源都多。核能不僅是最安全的能源形式,而且碳排放量為零。核能可以取代煤炭和石油。煤和石油是不清潔的能源,在美國的能源占比僅為22%。CCS技術已證實可以將碳排放量減少了50%至70%,而它的設計能力是降低90%。
可靠的基本能源負荷對能源網至關重要,尤其是在像德州遇到的自然災害襲擊時。如果聯邦政府和州政府認真對待氣候變化問題,則必須更依賴核能和天然氣以及碳捕集技術。核能可靠,安全且無碳。核能還不會每年向大氣中釋放數千噸污染物。
一個1,000MW的核反應堆產生的能量相當于300萬塊太陽能電池板和430多個風力發電機。核能的優勢很明顯,可以產生大量能量,而不會對環境產生實質性的影響。此外,由于核燃料的密度,核反應堆不會產生大量廢物。對于提前關停的核反應堆,可以在廠房頂部安裝太陽能電池板,并且必須增加儲能,以便在晚上提供電力。
核能盡管有很大優勢,但有被邊緣化的趨勢,取而代之的是可再生能源。核能不像可再生能源那樣獲得補貼,同時法規也阻礙了核反應堆設計的創新。盡管如此,核能還是有一些希望。佐治亞州電力公司正在建造Vogtle3、4號機組,采用的是第三代非能動核電AP1000技術。
NuScale公司正在打開“先進核能”的大門,旨在建造體積更小,設計簡潔,成本更低的小型模塊化核電。Nuscale的設計更安全,擁有更多的安全機制,因此在事故工況下對人為干預的依賴很低。
截至2016年,美國的19座核反應堆正在退役。在美國最需要能源的時候,卻因為對核能的投資不足導致核能行業發展受阻。2017年,核電投資減少了45%,新增核電容量下降了70%。維護核反應堆的價格很高,而建造延遲導致成本更高。但與此同時,中國正在增加對核能的依賴。國際能源署(IEA)預測,到2030年,中國將超過美國成為核能的最大生產國。
許多政客承諾,核電站可以被太陽能和風能所取代。這不僅是一項艱巨的任務(美國一半的清潔能源來自核反應堆),而且太陽能和風能并不可靠。IAEA警告說,如果發達國家未能投資新的反應堆并且不延長現有反應堆的壽命,將增加40億噸二氧化碳排放量。
當天然氣與CCS技術一起使用時,二氧化碳與其他氣體分離,然后通過管道轉移到地下,并存儲在地質構造中。盡管CCS技術技術目前尚未廣泛應用,但已被證明是有效的,并且已被認定為對抗氣候變化的重要工具。
此外,IEA表示,預計CSS將應對氣候變化的費用降低70%。NET Power公司已成功在得克薩斯州拉波特(LaPorte)運營使用CCS的天然氣發電廠,并且最近宣布計劃再建四座發電廠。NET Power將碳捕獲和封存結合起來使用,以實現凈零排放。
CSS技術不僅可以應用在天然氣行業,而且還必須擴展到其他行業,才能實現拜登政府的氣候目標。鋼鐵廠也開始應用CSS技術,例如德州的Petra Nova。不幸的是,低油價迫使Petra Nova在2020年關閉。PetraNova將碳排放量減少了70%。
CCS技術還可以捕獲污染物,例如氧化硫,氧化氮和微粒。盡管煤炭會產生碳排放,但在大多數情況下,煤炭對于制造鋼鐵至關重要,因此CCS技術是必不可少的。其他工業也需要應用CSS技術來實現美國的氣候目標。化肥廠、水泥廠和化工廠都需要采用CCS技術。
聯邦政府和州政府應通過立法來制定更多激勵措施來投資CSS技術,例如稅收抵免和補貼。截至2018年,清潔能源投資中只有0.1%用于CSS技術。埃克森美孚(ExxonMobil)今年2月宣布,將撥款30億美元用于CSS技術的開發,而特斯拉和SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)已承諾向“最佳CSS技術”的設計者提供1億美元。
不過,天然氣工廠,即使是使用了CCS技術,也確實存在著環境問題。天然氣工廠的甲烷泄漏對環境有害,這些泄漏非常普遍。由于肉眼無法觀察到甲烷泄露,因此在所有天然氣工廠都必須配備泄露監控器,以檢測甲烷泄漏,公司可以迅速隔離和維修。
目前的CCS技術非常昂貴,障礙了廣泛應用。但是,隨著更多的技術創新和政府補貼,其成本有望降低。
一些國會議員已經意識到,清潔能源的未來在于核能和CCS技術。作為2018年《兩黨預算法案》的一部分,參議院通過了《未來法案》,該法案增加了對使用CCS技術的企業進行稅收抵免的條款。議員丹·克倫肖(R-TX)針對CSS技術提出了兩項法案,于2020年12月正式簽署成為了法律。第一項法案是《領導法案》,該法案指示能源部向提出CSS技術的公司提供競爭性贈款。第二項法案是《新能源前沿法案》,該法案將建立一個碳創新中心,以研究二氧化碳的新應用途徑。丹·克倫肖提倡將碳重新用于提高石油采收率、水泥生產和植物生長等各方面。
國會也正在對核能采取一些行動。2019年,參議員庫恩(D-DL)和麥克薩利(R-AZ)提出了《核能重生法案》(NERA),該法案將降低現有核電廠運營和維護成本以及支持先進核反應堆的研發。
2020年,參議員巴拉索(R-WY)、懷特豪斯(D-RI)、克拉波(R-ID)和布克(D-NJ)提出了維持在運核電站持續運行的《美國核基礎設施法案》(ANIA)。
通過有針對性的信貸計劃,從而激勵對核反應堆的投資,并加快對先進核技術的批準過程。這些法案應簽署為法律,因為它們將有助于改善陷入僵局的核電行業。
我們需要有關核電和CCS技術的更多立法。核電和CCS技術是清潔能源的解決方案,可以應對日益嚴峻的氣候變化威脅。
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