如何將美國綠色電力建設提高 7 倍

正如實現零 CO 2排放的計劃中所述，美國可以通過在 30 年內每年將 2.8% 的能源消耗脫碳來實現零排放。在前 7 年（大約），成本最低的方法是每年建造約 300 TWh 的光伏太陽能發電場和陸基風電場。7年后，無論晴天還是刮風，綠色供應將開始超過需求，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。我們首先關注電力，因為它比非電力更容易脫碳。

每年 300 TWh 的建設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：

經濟可行性。

公眾支持增加政府干預和相關的價格上漲。

與現有購電協議 （PPA） 的沖突。

土地所有者有權種植太陽能和風能。

走向綠色會給碳基公司帶來壓力。

本文回顧了這些挑戰，并著眼于向前推進所需的條件。

保持經濟活力

為了使項目在經濟上可行，它需要比替代方案更便宜。在許多情況下，光伏太陽能發電場和風電場比碳基能源便宜。然而，這假設人們從頭開始建造兩個設施，并比較每個設施的成本。另一方面，典型案例是已經建成的碳工廠，并且正在考慮增加間歇性太陽能或風能設施。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字的示例來了解其工作原理。所有美元數字均以每千瓦時電力為單位，我們忽略小細節以使其更易于理解。

一個城市從當地的天然氣廠獲取電力，并正在考慮增加一個風電場，其中 41% 的電力將來自風能，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。

風電場的成本為 0.035 美元，將其連接到電網的電線成本為 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，綠色環保會導致消費者價格上漲 0.006 美元。隨后，需要政府干預來推動這一進程。

干預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100% 可再生能源的挑戰，Cole 等人，2021 年。

用簡單的信息獲得公眾支持

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

政府領導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 的情況下生產了 16% 的能源，這需要在 30 年內達到 100%，才能脫碳至零排放。

這相當于每年約有 3% 的能源變為綠色，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光伏太陽能發電場和陸基風電場的步伐。

大約 7 年后，我們將開始丟棄太陽能和風能的電力，因為在晴朗的大風天（“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技術，最終以低成本使我們達到零。

在前 7 年中，需要政府干預來推動每年 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。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，我們將負擔平均分配；我們建造太陽能和風能大約 7 年，直到達到飽和；由于政府干預，我們導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，其任務是開發技術，最終以低成本將我們歸零。

圖 1：脫碳

解決與現有協議的沖突

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

綠色和非綠色發電站的業主通常借錢建設，并以售電收入償還貸款。如果非綠色發電機減少產量，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量的電力。這被稱為“購電協議”（PPA），貸方通常會在貸出之前要求這些協議。

例如，如果一個人建造了 100 臺風車并想向附近的城市出售綠色電力，他們可能會發現該城市對當地天然氣工廠的現有 PPA 不感興趣。

為了推動風電場向前發展，需要修改城市與燃氣廠之間的協議。例如，如果燃氣廠將利用率從滿負荷的 87% 降低到 51%，這導致其成本從 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，誰有權修改現有協議？

在大多數情況下，沒有人，這是一個問題。

綠色電子專員

需要一位新的聯邦官員來修改現有協議，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”。聯邦法律將規定綠色專員的權力和職責。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利。他們將根據需要在州內逐個項目地替代聯邦專員。

土地所有者有權產生綠色電子

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

氣候關注與碳關注

向綠色能源轉型將導致煤炭和天然氣燃料消耗量減少，從而導致煤炭和天然氣燃料價格下降。加上產量減少，這將減少勘探、精煉、分銷和發電公司的收入。這些雇傭了很多人，這轉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，加快光伏太陽能發電場和風電場建設需要克服重重困難。