如何不用化石燃料為世界供電

馬克·雅各布森說,他可以用風能、水能和太陽能為整個地球供電。第一站:紐約州

現在,馬克·雅各布森已經三次冒險了。2009 年,他和合著者馬克·德盧奇在《大眾科學》上發表了一篇封面故事,表明到 2030 年,整個世界如何能夠從風能、水能和太陽能中獲得其全部能源——燃料和電力。不使用煤炭或石油,也不使用核能或天然氣。這個故事聽起來不可行——但斯坦福大學的雅各布森和加州大學戴維斯分校的德盧奇計算出了世界需要多少座水力發電大壩、波浪能系統、風力渦輪機、太陽能發電廠和屋頂光伏裝置才能完全依靠可再生能源執行。

這篇文章在我們網站上引發了熱烈的辯論,也引發了前瞻效能源規劃者和那些寧願維持現狀的人之間的更大辯論。兩人隨後在《能源政策》雜誌上發表了一項詳細的研究,其中也列出了美國戰略的資料。

兩週前,雅各布森和一個更大的團隊(包括德盧奇)再次這樣做了。這一次,雅各布森更加詳細地展示了紐約州的住宅、交通、工業以及供暖和製冷部門如何全部由風能、水能和太陽能(他稱之為“WWS”)提供動力。他的組合包括:40% 的海上風能(12,700 臺渦輪機)、10% 的陸上風能(4,020 臺渦輪機)、10% 的聚光太陽能電池板(387 座發電廠)、10% 的光伏電池(828 座設施)、6% 的住宅太陽能(500 萬個屋頂)、12% 的政府和商業太陽能(50 萬個屋頂)、5% 的地熱能(36 座發電廠)、5.5% 的水力發電(6.6 座大型設施)、1% 的潮汐能(2,600 臺渦輪機)和 0.5% 的波浪能(1,910 個裝置)。


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在這個過程中,紐約的電力需求將減少 37%,這主要是因為新的能源比舊的能源更有效率。而且由於不需要購買或燃燒化石燃料,消費成本將與現在相似,該州將消除其大部分二氧化碳排放。

據馬克·雅各布森稱,紐約州可以結束化石燃料的使用,並完全從風能、水能和太陽能中產生能源。圖片來源:卡爾·伯卡特的圖表

再一次,反應迅速。《紐約時報》稱這項研究在科學上具有開創性,但在實踐上不可能實現。但這一次,這位土木和環境工程教授雅各布森正在深入研究。他將他的分析更進一步,並找到了一種令人驚訝的方式來推銷他的計劃。他即將完成一項針對加州的類似研究,這將使他的願景更加深入。我問雅各布森為什麼要改變世界,他如何回答批評者,以及他的計劃在政府中獲得支援需要什麼。

[以下是採訪的編輯稿。]

乍一看,您關於將社會整體轉變為可再生能源,並且在相對較短的時間內實現這一目標的建議聽起來很瘋狂。您會收到什麼樣的反應?

大多數情況下,它是非常積極的。很多人說,“哇,我們真的應該努力推進這件事。”總有一些反對者認為這不切實際,我們永遠無法實現。還有一些與特定行業有聯絡的人會進行最強烈的反擊。但這幾乎就像母愛和蘋果派一樣;很難說“哦,我不喜歡它。”真正的問題是:政策制定者會如何反應?很少有人說他們會反對。更重要的是,他們仍然想推動其他能源。你需要政策制定者的支援,也需要草根階層的努力。

在完成全球計劃後,您為什麼深入研究紐約州?

為了獲得任何進展,我認為我們必須制定一個解析度更高的計劃,否則它對任何人來說都太龐大了,無法真正採取任何行動。紐約的一些人真的有興趣提出新的能源計劃。起初我猶豫不決,但後來我認為這可能是一個相當大的成功,它可能非常有價值。我知道州長[安德魯]科莫的辦公室正在閱讀它。

在《大眾科學》上發表全球計劃後,很多人說這個練習很有趣,但永遠不會被認真地視為藍圖。在州或國家層面進行如此全面的改革的主要障礙是什麼?

主要障礙是政治和社會——讓政客加入。總會有當地的規劃問題。我確信,天然氣遊說團體和石油遊說團體將對此進行大力反對。

那麼你如何推銷這個計劃?

在生命方面有巨大的節省。由於空氣汙染的減少,紐約州的這項計劃每年將防止該州 4,000 人死亡,並相關節省 330 億美元——約佔該州 GDP 的 3%。這比氣候變化問題更能引起人們的共鳴。我們還研究了就業創造;創造的就業機會將多於失去的就業機會。

關於嚴重依賴風能和太陽能的主要批評是,這些能源是間歇性的:風並不總是吹,太陽在晚上不發光。您的計劃是否嚴重依賴能源儲存,而這仍然是一個艱鉅的挑戰?

如果你的[電力]輸電網正確,你就不需要大量的儲存。透過結合風能、太陽能、地熱能和水力發電,你可以匹配電力需求。如果你過度擴大電網,當你產生多餘的電力時,你會用它來產生氫氣[用於燃料電池汽車和船舶以及一些區域供熱和工業過程]。你還可以透過提供經濟激勵措施來分散峰值需求[讓消費者在非高峰時段用電]。一些儲存肯定會有所幫助;我們有氫氣形式的儲存和聚光太陽能發電廠中的儲存。有很多方法可以解決間歇性問題。

通常對可再生能源提出的另一個擔憂是,它比化石燃料更昂貴。紐約的電價會是多少?

美國平均住宅電價為每千瓦時 13.1 美分。在紐約是 18.1 美分。如果你看一下風力發電量最高的州,從 2003 年到 2011 年,平均電價上漲了 2 美分/千瓦時,而其他所有州的平均電價上漲了 3.6 美分。因此,那些沒有投入大量風能的州的價格上漲更多。

鑑於你的建議的激進性質,可以說你是可再生能源的倡導者嗎?

我正在做科學部分。我不是真的在倡導。科學家的工作是確保清晰和適當地提供資訊,以便人們可以做出更好的決定。我不提倡。但我正在為更大的、更注重政策的解決方案專案進行科學研究。它涉及科學家、工業界人士、商界人士、金融界人士、藝術家和演藝人員以及一些媒體。它試圖採用清潔能源計劃並將其付諸實施。

如果你不是倡導者,你的動機是什麼?你已經做了三次這個練習了。

我的職業生涯一直基於試圖理解大規模的汙染和氣候問題——目標是試圖解決它們。這就是“試圖解決它們”的部分。如果社會要這樣做,至少我們現在知道它在技術上和經濟上是可行的。它是否真的發生取決於政治意願。

你已經為世界和紐約規劃了一條道路。接下來是什麼?

我們已經快完成了加州計劃,該計劃與此類似。最終,我們希望為 50 個州制定 50 個計劃。我已經開始了華盛頓州的計劃。加州計劃應該在兩個月左右完成。然後我們必須決定如何處理它。

Mark Fischetti has been a senior editor at 大眾科學 for 17 years and has covered sustainability issues, including climate, weather, environment, energy, food, water, biodiversity, population, and more. He assigns and edits feature articles, commentaries and news by journalists and scientists and also writes in those formats. He edits History, the magazine's department looking at science advances throughout time. He was founding managing editor of two spinoff magazines: 大眾科學 Mind and 大眾科學 Earth 3.0. His 2001 freelance article for the magazine, "Drowning New Orleans," predicted the widespread disaster that a storm like Hurricane Katrina would impose on the city. His video What Happens to Your Body after You Die?, has more than 12 million views on YouTube. Fischetti has written freelance articles for the New York Times, Sports Illustrated, Smithsonian, Technology Review, Fast Company, and many others. He co-authored the book Weaving the Web with Tim Berners-Lee, inventor of the World Wide Web, which tells the real story of how the Web was created. He also co-authored The New Killer Diseases with microbiologist Elinor Levy. Fischetti is a former managing editor of IEEE Spectrum Magazine and of Family Business Magazine. He has a physics degree and has twice served as the Attaway Fellow in Civic Culture at Centenary College of Louisiana, which awarded him an honorary doctorate. In 2021 he received the American Geophysical Union's Robert C. Cowen Award for Sustained Achievement in Science Journalism, which celebrates a career of outstanding reporting on the Earth and space sciences. He has appeared on NBC's Meet the Press, CNN, the History Channel, NPR News and many news radio stations. Follow Fischetti on X (formerly Twitter) @markfischetti

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