如何將美國綠色電力建設(shè)提高 7 倍

正如實現(xiàn)零 CO 2排放的計劃中所述，美國可以通過在 30 年內(nèi)每年將 2.8% 的能源消耗脫碳來實現(xiàn)零排放。在前 7 年（大約），成本最低的方法是每年建造約 300 TWh 的光伏太陽能發(fā)電場和陸基風(fēng)電場。7年后，無論晴天還是刮風(fēng)，綠色供應(yīng)將開始超過需求，我們將被迫尋求不同的脫碳機會。我們正在考慮對所有能源進行脫碳，而不僅僅是電力。我們首先關(guān)注電力，因為它比非電力更容易脫碳。

每年 300 TWh 的建設(shè)速度大約是典型情況的 7 倍，增加到這個水平涉及多種挑戰(zhàn)：

經(jīng)濟可行性。

公眾支持增加政府干預(yù)和相關(guān)的價格上漲。

與現(xiàn)有購電協(xié)議 （PPA） 的沖突。

土地所有者有權(quán)種植太陽能和風(fēng)能。

走向綠色會給碳基公司帶來壓力。

本文回顧了這些挑戰(zhàn)，并著眼于向前推進所需的條件。

保持經(jīng)濟活力

為了使項目在經(jīng)濟上可行，它需要比替代方案更便宜。在許多情況下，光伏太陽能發(fā)電場和風(fēng)電場比碳基能源便宜。然而，這假設(shè)人們從頭開始建造兩個設(shè)施，并比較每個設(shè)施的成本。另一方面，典型案例是已經(jīng)建成的碳工廠，并且正在考慮增加間歇性太陽能或風(fēng)能設(shè)施。這需要減少碳工廠的輸出，并在可用時替換綠色電子。因此，碳工廠的固定成本分散在較少的產(chǎn)量上，這意味著其電力成本增加。

我們將通過一個使用典型數(shù)字的示例來了解其工作原理。所有美元數(shù)字均以每千瓦時電力為單位，我們忽略小細節(jié)以使其更易于理解。

一個城市從當(dāng)?shù)氐奶烊粴鈴S獲取電力，并正在考慮增加一個風(fēng)電場，其中 41% 的電力將來自風(fēng)能，59% 的電力來自天然氣。過去的天然氣工廠運行在最大值的 87%，我們正在考慮將其降低到 51% （87% * （1-41%））。

天然氣廠有固定費用，例如抵押貸款，這些費用需要分攤到較少的產(chǎn)量上。因此，天然氣廠的電力成本將從 0.032 美元增加到 0.037 美元/千瓦時。

如果已經(jīng)還清了燃氣廠的抵押貸款，那么其電力成本將為 0.021 美元的燃料，加上 0.003 美元的可變費用，總計 0.024 美元。但是，在此示例中，需要支付抵押貸款，而市政府需要支付較高的 0.037 美元價格。我們不能忽視這筆貸款，因為該市未來的項目需要銀行。

風(fēng)電場的成本為 0.035 美元，將其連接到電網(wǎng)的電線成本為 0.005 美元，總計 0.040 美元。

城市混合電力的成本為 0.038 美元（0.037 美元*59% + 0.040*41%），比最初的純天然氣 0.032 美元安排多 0.006 美元。

總之，在本例中，綠色環(huán)保會導(dǎo)致消費者價格上漲 0.006 美元。隨后，需要政府干預(yù)來推動這一進程。

干預(yù)通常是通過稅收抵免、可再生要求和/或直接補貼來完成的。這些很容易實施，前提是公眾愿意接受小幅提價和/或稅收減少。

以下論文詳細討論了脫碳成本：

探索增加可再生能源的成本影響，Cole 等人，2021 年。

量化實現(xiàn)100% 可再生能源的挑戰(zhàn)，Cole 等人，2021 年。

用簡單的信息獲得公眾支持

氣候變化經(jīng)常出現(xiàn)在新聞中，公眾希望它得到解決。然而，目前的政府干預(yù)水平往往不足。例如，EIA 預(yù)計美國的 CO 2 排放量將在未來 30 年內(nèi)保持不變。

政府領(lǐng)導(dǎo)人需要以公眾可以理解的方式提出解決方案。換句話說，他們需要用簡單的消息來描述解決方案。下面以美國為例。這需要 60 秒來閱讀，因此可以用通常 90 秒的電視新聞片段來描述。

目前，美國在不排放 CO 2 的情況下生產(chǎn)了 16% 的能源，這需要在 30 年內(nèi)達到 100%，才能脫碳至零排放。

這相當(dāng)于每年約有 3% 的能源變?yōu)榫G色，中斷平均分布在 30 年中。

在接下來的 7 年里，最簡單的方法是加快我們建設(shè)光伏太陽能發(fā)電場和陸基風(fēng)電場的步伐。

大約 7 年后，我們將開始丟棄太陽能和風(fēng)能的電力，因為在晴朗的大風(fēng)天（“飽和”）有足夠的電力，這將促使我們尋求其他脫碳方法。

我們不確定這些方法是什么；因此，建立了一個新的政府實驗室來開發(fā)技術(shù)，最終以低成本使我們達到零。

在前 7 年中，需要政府干預(yù)來推動每年 3% 的脫碳。這將花費 0.005 美元至 0.020 美元/千瓦時，以消費者價格上漲和稅收減少的形式出現(xiàn)。作為參考，美國房主的平均電費為 0.130 美元/千瓦時。

總而言之，我們在 30 年中以每年 3% 的能源的恒定速率進行脫碳；隨著時間的推移，我們將負擔(dān)平均分配；我們建造太陽能和風(fēng)能大約 7 年，直到達到飽和；由于政府干預(yù)，我們導(dǎo)致價格小幅上漲和稅收小幅減少；并且建立了一個新的政府實驗室，其任務(wù)是開發(fā)技術(shù)，最終以低成本將我們歸零。

圖 1：脫碳

解決與現(xiàn)有協(xié)議的沖突

一種通常使用太陽能、水力、風(fēng)能或核能產(chǎn)生綠色電力；并用天然氣或煤炭產(chǎn)生非綠色電力。電由稱為電子的微小粒子組成。

綠色和非綠色發(fā)電站的業(yè)主通常借錢建設(shè)，并以售電收入償還貸款。如果非綠色發(fā)電機減少產(chǎn)量，以替代綠色電子，他們需要提高價格，以幫助他們償還貸款。

在發(fā)電機借款之前，他們可能會與客戶（例如城市）簽訂合同，以特定價格、特定時間購買特定數(shù)量的電力。這被稱為“購電協(xié)議”（PPA），貸方通常會在貸出之前要求這些協(xié)議。

例如，如果一個人建造了 100 臺風(fēng)車并想向附近的城市出售綠色電力，他們可能會發(fā)現(xiàn)該城市對當(dāng)?shù)靥烊粴夤S的現(xiàn)有 PPA 不感興趣。

為了推動風(fēng)電場向前發(fā)展，需要修改城市與燃氣廠之間的協(xié)議。例如，如果燃氣廠將利用率從滿負荷的 87% 降低到 51%，這導(dǎo)致其成本從 0.032 美元/千瓦時增加到 0.037 美元/千瓦時，則城市需要支付更高的價格。最終，居民看到了更高的價格。

然而，誰有權(quán)修改現(xiàn)有協(xié)議？

在大多數(shù)情況下，沒有人，這是一個問題。

綠色電子專員

需要一位新的聯(lián)邦官員來修改現(xiàn)有協(xié)議，以支持政府宣布的脫碳率。由于沒有更好的詞，我們將稱此人為“綠色電子專員”。聯(lián)邦法律將規(guī)定綠色專員的權(quán)力和職責(zé)。例如，要償還貸款，在一定程度上允許消費價格上漲。

為了減輕聯(lián)邦政府和各州之間的壓力，可以考慮賦予州長任命自己州綠色專員的權(quán)利。他們將根據(jù)需要在州內(nèi)逐個項目地替代聯(lián)邦專員。

土地所有者有權(quán)產(chǎn)生綠色電子

社區(qū)有時不想看到風(fēng)車或太陽能發(fā)電場；然而，我們需要它們變綠。隨后人們可能會考慮新的聯(lián)邦法律，該法律賦予農(nóng)村土地所有者建造太陽能農(nóng)場的權(quán)利，即使鄰居不喜歡他們的外表。土地所有者也有權(quán)建造風(fēng)車，前提是附近建筑物中的人聽不到它們的聲音。

氣候關(guān)注與碳關(guān)注

向綠色能源轉(zhuǎn)型將導(dǎo)致煤炭和天然氣燃料消耗量減少，從而導(dǎo)致煤炭和天然氣燃料價格下降。加上產(chǎn)量減少，這將減少勘探、精煉、分銷和發(fā)電公司的收入。這些雇傭了很多人，這轉(zhuǎn)化為重要的政治支持。總之，脫碳需要公眾對減緩氣候變化的支持，要大于對石油利益的支持。

綜上所述，加快光伏太陽能發(fā)電場和風(fēng)電場建設(shè)需要克服重重困難。