大西洋月刊──州際能源公路:一個國家級的電力傳輸系統可以減少發電廠80%的碳排

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在2008年2月的一個寒冷夜晚,西德州呼嘯的大風驟然消退為徐徐微風。在那個時點,德州風力發電的電量,幾乎比其他任何一個州都要多。但那夜風速掉的比之前預測的還要低很多,而且居民因為天冷調高了他們的暖氣。負責調度德州絕大部分電網的人意識到,他們面臨一場危險,或至少超窘,大停電的風險。他們宣布緊急狀況,切斷了對好幾個工業大戶的供電。90分鐘之後,備用的發電機進場,電力恢復供應。德州電力可靠度委員會(Electric Reliability Council of Texas)的女發言人之後解釋狀況時說:「風當時停了。風停很正常的。」

對啦,是很正常,一些批評者同意她說得沒錯。但你依賴風力,那就會是問題。同樣的情況或多或少也適用於陽光。天氣不會遵循命令,而且規律可能無法預測。隨著該州計畫急劇擴大風力的使用,一個記者寫道:「這個問題只會讓德州越來越頭大。」

8年過去了,這個問題正讓美國越來越頭大。2015年8月,歐巴馬總統宣布了潔淨電力法案(Clean Power Plan),電廠因此被要求在15年內,將他們二氧化碳排放量從2005年的水平削去32%。如果不從用煤轉型成用更乾淨的能源來源,這個目標幾乎不可能達成。最高法院已經暫止歐巴馬的計畫,要等更低層的法院對諸多法律挑戰做出判決。但能源專家認為這個計畫,或像這個計畫的方案,以後一定會生效。未來的環保憂慮及因此而生的管制法規,或許會讓更龐大的減排量成為必要。比爾蓋茲就認為,為了要真的處理全球暖化危機,碳排要快點減少100%。

這讓可靠度的問題比以往更加迫切。因為風和太陽是善變的,電廠用更髒的能源像煤和天然氣當備用能源。如果我們最後真的想讓我們所有的能源,或至少絕大部分的能源都來自再生能源,事情必須有所改變。就像比爾‧蓋茲11月告訴大西洋月刊的一樣,「我們需要一個能源奇蹟。」蓋茲正投資數十億美元,在聽起來像艾西莫夫(Isaac Asimov)小說內容的計畫上,例如用泳池大小的電池儲存再生能源,或用太陽光製造液態燃料的技術。

但在過去兩年,研究者已經想到了另一個可能的解決方案,這個方案看起來幾乎簡單到不行。風總會在某個地方吹,太陽總會在某個地方照耀。如果我們可以把整個國家連到一個特殊的電網上,讓電力公司在任何時候都能取用再生能源,那我們不就擺脫了,或至少減輕了可靠度問題。

最近一份做出此種論據的知名論文,是在1月,由美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration)和科羅拉多大學波德分校 (University of Colorado at Boulder)的研究者發表的。克里斯多福·克拉克(Christopher Clack)和同事們打造了一個模型,預測把各種能源放入電力系統時會產生的成本。當他們加了一條限制,也就是不能用煤的時候,他們發現最便宜的選項,包含能把太陽能和風力產生的電力輸送到全國任何地方的電網。我們還是需要其他科技才能完全排除排碳燃料,這些科技或許來自蓋茲想像的奇蹟,但新電網就能讓我們大躍進,在15年內減少發電廠最多80%的碳排。

克拉克說,這個結論似乎讓一些能源專家訝異。長途輸送風力和太陽能電力無可避免會在傳輸過程造成一些耗損,而且連結美國大部分地方的交流電(AC)電纜的長途傳輸的效能,比直流電(DC)電纜來的糟。這份報告假定電網是用直流電,而不是交流電。直到最近,對高電壓直流電電纜的大規模投資都非常少見,這有部分是因為變電所將高壓直流電轉變為可用電的科技成本不斐。不過這個模型發現,如果你打造一個全國性的電網,那規模經濟就會出現。簡言之,擁有長途有效運送電力的電纜的好處,超過變電的成本。但克拉克說:「人們之前假定儲能是關鍵,或者核能是關鍵,但我現在認為,贊同『僅僅是改變再生能源移動的方式,今天的電力系統就可以長足進步』的人更多了。」

這個假設的電網讓人想起,德懷特·大衛·艾森豪(Dwight D. Eisenhower)在1950年代捍衛的州際公路系統。在那個時候,美國由州和地方政府建造的狹窄道路散漫的連結在一起。艾森豪預測,汽車很快就會到處都是,所以他簽署了一條法律,核准資金投入大幅擴張美國公路的計畫。這個方式事後證明是先知先覺。克拉克的願景看起來跟這很像。所以為什麼我們不投資新電網做電力傳輸,仿效艾森豪給汽車旅行做的投資呢?

這個答案大幅揭露了美國自艾森豪時代以來是如何改變的,不管是政治上還其他方面。創造一個像克拉克的電網看起來非常有可能要由聯邦立法。能源部可能被賦予研究電網該如何建造的職責,聯邦能源監管委員會(Federal Energy Regulatory Commission)則會決定要在哪佈線。接著就是工程競標程序,開發商爭著要建造部分電網,而成本他們預期能回收,可能的方式是向電力公司收取費用,然後電力公司再把費用轉嫁到他們的顧客身上。

不難想像挑戰會一個接一個出現,如果你仔細思考這個情境。現在由共和黨領導的國會,對大型基礎建設計畫沒有顯露什麼興趣。纜線在經濟(和政客)靠煤和天然氣公司維持的州可能會遭到反對。甚至在那些支持再生能源的州,都傾向偏好讓電力是在自己境內產生。地方的電力公司也抗拒被聯邦政府呼來喝去。

但我們假設一下政府和電力公司找到方法,彼此同意全國電網應該興建好了。即便如此,開發商還是會面臨不願自己房地產被一分為二,或他們的景觀被醜陋電纜破壞的地主的反彈。阿揚·伯斯(Anjan Bose)是個電力系統專家,任教於華盛頓州立大學( Washington State University),說中國和印度有在做克拉克推廣的事,可是他們的政府體制趨向中央計畫。他聽到克拉克的研究時,就認為這在美國不可能,他告訴我:「我的第一反應是『祝他好運』。」

就算先把政治和鄰避主義擺到一邊,美國和那些亞洲國家還有另一個不同之處。那就是印度和中國的能源需求因為工業化上揚,但美國正在失去工廠,不是得到工廠,而能源需求在未來幾年預期是幾乎平坦的。中國和印度需要更多傳輸纜線,但在美國這個支持新纜線論點很大部分是環保為主的地方,需求論就很難成立。當然,電力公司如果要符合聯邦和州立管制法規,勢必要用更多再生能源,但大家似乎希望,其他比較不需要電力公司和他們的客戶付錢的科技,能帶我們到達彼岸。

有些專家建議,既然要弄出一個國家級的計畫這麼困難,縫縫補補一個逐步拼成的零散系統是比較好的賭注。那些老舊、磨損的傳輸線纜,包括交流電電纜在內,可以被升級,我們也可以蓋幾條關鍵的區域電纜。但即便只有這樣,事情也不容易。乾淨線路能源夥伴(Clean Line Energy Partners)是休士頓的一家開發商,努力了好幾年要蓋4條州際直流電纜。但工程能緩步進行。這有部分是因為地方反對。乾淨線路的總裁邁克爾·斯凱利(Michael Skelly)把這種補丁式的做法和克拉克的願景相互比較後,告訴我:「我認為全國式的電纜會好很多。」他覺得如果有聯邦政府在國家級的計畫背後加持,像他公司一樣的公司們,或許就能遇到比較少的地方反彈,或至少更能訴請聯邦機構幫忙解決。

所以追尋奇蹟的旅程只能一直摸索。在佛羅里達州的塔拉赫西,該市電力系統的總合規劃管理人大衛·拜恩(David Byrne)告訴我,數十年來他的城市幾乎完全仰賴天然氣。但大家預期的管制法規和城市居民的需求,近來讓拜恩和他的同僚們投資再生能源。他們正興建一座太陽能電廠,這是塔拉赫西的第一座,就蓋在市立機場的土地上。但發出的電只會占城市能源需求的2%,而拜恩預期要找到夠便宜的土地,有意義的增加只使用太陽光的電力數據,是困難的。所以拜恩也尋求風力。問題是在佛羅里達,就是沒有多少風。之前塔拉赫西和乾淨線路簽了諒解備忘錄,要把風能電力從奧克拉荷馬州的鄉下傳過來。那條纜線剛得到能源部的重大支持,但乾淨線路要破土之前還得越過一些障礙。

拜恩指出:「那些我們想要的能源資源,似乎都位在真的沒人住的地方。」只要私人的、區域的工程繼續受阻,還有克拉克的願景繼續只存於紙上,這句話就會一直成立。

原文連結

A National Energy Grid Could Reduce Power-Plant Emissions by 80 Percent - The Atlantic
大西洋月刊---州際能源公路


譯者:雷景名
核能流言終結者成員
對語言與歷史有興趣的翻譯工作者

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