เราจะเปลี่ยนผ่านไปสู่ระบบพลังงานคาร์บอนต่ำได้อย่างรวดเร็วแค่ไหน? โซล่าฟาร์ม 32-megawatt ในลองไอแลนด์นิวยอร์กหนึ่งก้าวในการย้ายไปยังโครงสร้างพื้นฐานพลังงานคาร์บอนต่ำ brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

การแก้ปัญหาระยะยาวใด ๆ นั้นจะต้อง“ decarbonizing” เศรษฐกิจพลังงานโลกนั่นคือเปลี่ยนไปสู่แหล่งพลังงานที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย

เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นเร็วแค่ไหนและเราจะทำอย่างไรเพื่อเร่งการเปลี่ยนแปลงนี้?

ดูประวัติความเป็นมาของโครงสร้างพื้นฐานอื่น ๆ ที่มีเบาะแสบางอย่าง

โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงาน

decarbonization เป็นปัญหาโครงสร้างพื้นฐานหนึ่งที่ใหญ่ที่สุดของมนุษยชาติต้องเผชิญกับที่เคย มันเกี่ยวข้องกับการไม่เพียง แต่การผลิตพลังงาน แต่ยังการขนส่ง, แสง, ความร้อนความเย็น, การปรุงอาหารและระบบพื้นฐานและบริการอื่น ๆ โครงสร้างพื้นฐานเชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วโลกรวมถึงน้ำมันและก๊าซไม่เพียงหลุมเหมืองถ่านหินบรรทุกน้ำมันยักษ์ท่อและโรงกลั่น แต่ยังนับล้านของรถยนต์, สถานีบริการน้ำมัน, รถบรรทุกถังคลังจัดเก็บพืชพลังงานไฟฟ้ารถไฟขนถ่านหิน, ระบบทำความร้อนเตา และเตาอบ


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


มูลค่ารวมของโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมดนี้คือ ในการสั่งซื้อ US $ 10 ล้านล้านหรือเกือบสองในสามของผลิตภัณฑ์มวลรวมในประเทศสหรัฐอเมริกา ไม่มีอะไรที่ใหญ่และแพงจะถูกแทนที่ในปีหรือแม้กระทั่งไม่กี่ปี จะใช้เวลาหลายสิบปี

ยังมีข่าวดีในความจริงที่ว่าโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมดเสื่อมสภาพในที่สุด การศึกษา 2010 ถาม: เกิดอะไรขึ้นถ้าโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานในปัจจุบันได้รับอนุญาตให้ใช้ชีวิตที่มีประโยชน์โดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่?

คำตอบที่น่าแปลกใจ: ถ้าทุกโรงไฟฟ้​​าถ่านหินสวมใส่ออกมีการแลกเปลี่ยนสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์, ลมหรือพลังน้ำและรถทุกคันก๊าซขับเคลื่อนตายแทนที่ด้วยหนึ่งไฟฟ้​​าและอื่น ๆ เราอาจจะเพียงแค่อยู่ภายในของเรา ขอบเขตของดาวเคราะห์.

อ้างอิงจากการศึกษาโดยใช้โครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่จนกว่าจะสลายจะไม่ผลักดันให้เราที่ผ่านมาภาวะโลกร้อนองศาเซลเซียส 2 ที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนเห็นเป็นขีด จำกัด บนของการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศที่ยอมรับ

ปัญหาของหลักสูตรคือการที่เราไม่ได้ทำเช่นนี้เลย แต่เรากำลังจะแทนที่ระบบสวมใส่ออกมีมากขึ้นจากเดิมในขณะที่การขุดเจาะเหมืองแร่และอาคารมากยิ่งขึ้น แต่ที่อาจมีการเปลี่ยนแปลง

นำออกไปสู่ ​​Build-out: เส้นเวลา 30-100 ปี

ประวัติศาสตร์ โครงสร้างพื้นฐาน เหมือนตัวฉันสังเกตลวดลายทั่วไป ขั้นตอนนวัตกรรมที่ช้ากว่านั้นจะตามด้วยช่วง“ เริ่มขึ้น” ในระหว่างที่ระบบทางเทคนิคใหม่ถูกสร้างขึ้นและนำไปใช้อย่างรวดเร็วทั่วทั้งภูมิภาคจนกระทั่งโครงสร้างพื้นฐานมีเสถียรภาพที่“ การสร้างออก”

รูปแบบชั่วคราวนี้มีความคล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจกับโครงสร้างพื้นฐานทุกประเภท ในสหรัฐอเมริกาขั้นตอนการปิดคลองรางรถไฟโทรเลขท่อส่งน้ำมันและทางลาดยาง กินเวลานานหลายปี 30-100. เอาออกจากขั้นตอนของวิทยุโทรศัพท์โทรทัศน์และอินเทอร์เน็ตแต่ละ กินเวลานานหลายปี 30-50.

ประวัติความเป็นมาของโครงสร้างพื้นฐานแสดงให้เห็นว่า "เอาออก" ในการผลิตไฟฟ้าทดแทนได้เริ่มขึ้นแล้วและจะย้ายได้อย่างรวดเร็วในขณะนี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใดและที่รัฐบาลสนับสนุนเป้าหมายที่

ติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมกำลังเกิดขึ้นใหม่ได้เร็วกว่าแหล่งพลังงานไฟฟ้าอื่น ๆ การเจริญเติบโตในอัตราประจำปีทั่วโลก 50% และ 18% ตามลำดับจาก 2009-2014. แหล่งข้อมูลเหล่านี้สามารถ piggyback ในโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่สูบน้ำไฟฟ้าเข้าสู่สายส่งไฟฟ้​​า (แม้ว่ากำลังการผลิตต่อเนื่องของพวกเขาจำเป็นต้องใช้ในการปรับผู้จัดการของพวกเขา เทคนิคการสมดุลภาระ) แต่ลมและพลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถให้อำนาจ "ปิดตาราง" เพื่อแต่ละบ้านฟาร์มและสถานที่ห่างไกลแหล่งข้อมูลเหล่านี้ให้ความยืดหยุ่นที่ไม่ซ้ำกัน

 

บางประเทศโดยเฉพาะอย่างยิ่งเยอรมนีและจีนได้ทำข้อตกลงสำคัญกับการต่ออายุ

เยอรมนีได้รับในขณะนี้ มากกว่า 25% ของพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนช่วยลดปริมาณการปล่อยคาร์บอนโดยรวม มากกว่า% 25 สัมพันธ์กับ 1990 ประเทศจีนผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ได้มากกว่าประเทศอื่น ๆ แล้วโดยมีฐานติดตั้งมากกว่า 30 กิกะไบต์และวางแผนที่จะเข้าถึง 43 กิกะวัตต์ภายในสิ้นปีนี้. ในประเทศออสเตรเลียระหว่าง 2010 2015 และกำลังการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น จาก 130 megawatts ถึง 4.7 gigawatts - อัตราการเติบโตประจำปีของ 96%

เมื่อรวมกับเทคโนโลยีที่สมบูรณ์เช่นรถยนต์ไฟฟ้าไฟ LED ที่มีประสิทธิภาพและความร้อนใต้พิภพและการทำความเย็นการเปลี่ยนแปลงนี้อาจทำให้เราเข้าใกล้ความเป็นกลางของคาร์บอน

30-100 ปีไทม์ไลน์สำหรับการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานสามารถเร่งได้หรือไม่? ตัวชี้วัดบางตัวชี้ให้เห็นว่าคำตอบอาจเป็น“ ใช่”

ครั้งแรกในกรณีของกระแสไฟฟ้าเพียงแหล่งพลังงานเท่านั้นที่จำเป็นต้องเปลี่ยน พลังงานกริด - เสาลวดและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ขนส่งไฟฟ้า - จะต้องจัดการแตกต่างกัน แต่ไม่ได้สร้างใหม่ตั้งแต่เริ่มต้น ประการที่สองประเทศที่พัฒนาน้อยกว่าอาจใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีทดแทนเพื่อ“ ก้าวกระโดด” เกือบทั้งหมดในโครงสร้างพื้นฐานที่มีอายุมากกว่า

สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นในอดีตที่ผ่านมา ยกตัวอย่างเช่น 2000 เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ได้มาถึงประเทศกำลังพัฒนาส่วนใหญ่และหลีกเลี่ยงการวางโทรศัพท์บ้านที่มีช่องโหว่ที่ช้าและมีค่าใช้จ่ายสูง

พลังงานแบบขนานคือการให้พลังงานแก่อาคารฟาร์มการตั้งถิ่นฐานนอกระบบและจุดอื่น ๆ ที่ต้องการด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบพกพาและกังหันลมขนาดเล็กซึ่งสามารถติดตั้งได้เกือบทุกที่โดยไม่จำเป็นต้องใช้สายไฟทางไกล สิ่งนี้ก็เกิดขึ้นทั่วทุกมุมโลกแล้ว

ในประเทศที่พัฒนา แต่การเปลี่ยนไปใช้พลังงานหมุนเวียนมีแนวโน้มที่จะใช้เวลานานมาก

ในภูมิภาคเหล่านั้นไม่เพียง แต่อุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเชี่ยวชาญการศึกษาการเงินกฎหมายไลฟ์สไตล์และระบบสังคมวัฒนธรรมอื่น ๆ ทั้งให้การสนับสนุนและพึ่งพาโครงสร้างพื้นฐานพลังงานเชื้อเพลิงจากเชื้อเพลิงฟอสซิล สิ่งเหล่านี้ก็ต้องปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลง

บางคน - โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมถ่านหินน้ำมันและก๊าซธรรมชาติขนาดใหญ่ - ยืนหยัดที่จะสูญเสียจำนวนมากในช่วงการเปลี่ยนภาพ คำมั่นสัญญาทางประวัติศาสตร์เหล่านี้ก่อให้เกิดการต่อต้านทางการเมืองโดยเด็ดขาดดังที่เราเห็นในสหรัฐอเมริกาทุกวันนี้

ปัญหาที่ยากลำบากรวมถึงการแข่งขันจากเชื้อเพลิงฟอสซิล

แน่นอนว่าโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานไม่ใช่ความท้าทายอย่างเดียว อันที่จริงการ decarbonization นั้นเต็มไปด้วยปัญหาทางเทคนิคมากมาย

ฉนวนอาคารเก่าปรับปรุงการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงและติดตั้งเกียร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยไกล วิธีที่ประหยัดต้นทุนมากที่สุดในการลดปริมาณการปล่อยคาร์บอนแต่สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถกระตุ้นผู้คนและไม่สามารถโอ้อวดได้ง่าย

ในปัจจุบันและในอนาคตอันใกล้นี้แหล่งพลังงานไม่สามารถเป็น“ ศูนย์คาร์บอน” อย่างแท้จริงเนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลถูกนำมาใช้ในการทำเหมืองวัตถุดิบและเพื่อขนส่งผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปรวมถึงระบบพลังงานทดแทนเช่นแผงโซล่าร์หรือกังหันลม

ไฟฟ้าเป็นรูปแบบที่มีความยืดหยุ่นที่เยี่ยมยอดของพลังงาน แต่มันก็ยังคงจัดเก็บปริศนา; ของวันนี้ เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ดีที่สุด ต้องใช้ลิเธียมเป็นองค์ประกอบที่ค่อนข้างหายาก และแม้จะมีการวิจัยอย่างเข้มข้นแบตเตอรี่ยังคงมีราคาแพงหนักและช้าในการชาร์จ

ธาตุหายาก - ธาตุหายากมากที่พบในสถานที่เพียงไม่กี่แห่งเท่านั้นในปัจจุบันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกังหันลมและเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนอื่น ๆ ความกังวลที่ถูกกฎหมายเกี่ยวกับเสบียงในอนาคต.

ในที่สุดในหลาย ๆ สถานการณ์การเผาไหม้น้ำมันถ่านหินและก๊าซธรรมชาติจะยังคงเป็นวิธีการที่ง่ายและราคาแพงที่สุดในการจัดหาพลังงาน

ตัวอย่างเช่นโหมดการขนส่งที่สำคัญเช่นการขนส่งข้ามทวีปการเดินทางทางอากาศและยานพาหนะทางไกลยังคงยากที่จะแปลงเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน เชื้อเพลิงชีวภาพมีความเป็นไปได้เพียงทางเดียวในการลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของระบบการขนส่งเหล่านี้ แต่พืชจำนวนมากที่ปลูกเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพสามารถแข่งขันกับพืชอาหารและ / หรือดินแดนป่า

ถึงกระนั้นเป้าหมายสูงสุดของการจัดหาพลังงานทั้งหมดที่โลกต้องการจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนนั้นดูเหมือนจะเป็นไปได้ในหลักการ การศึกษาล่าสุดที่สำคัญ พบว่าความต้องการเหล่านั้นได้อย่างง่ายดายอาจจะได้พบกับลมเพียงน้ำและพลังงานแสงอาทิตย์ในราคาที่ผู้บริโภคไม่สูงกว่าระบบพลังงานในปัจจุบัน

โครงสร้างพื้นฐานเป็นภาระผูกพันทางสังคม

ทั้งหมดนี้ทำให้เราอยู่ในช่วงวิ่งไปปารีสได้อย่างไร

การเร่งการแยกคาร์บอนแบบเร่งไม่สามารถทำได้โดยนวัตกรรมทางเทคนิคเพียงอย่างเดียวเพราะโครงสร้างพื้นฐานไม่ได้เป็นเพียงระบบเทคโนโลยี พวกเขาเป็นตัวแทนของเว็บที่ซับซ้อนในการเสริมความผูกพันทางการเงินสังคมและการเมืองโดยแต่ละคนมีประวัติอันยาวนานและผู้ปกป้องที่ยึดมั่น ด้วยเหตุผลนี้การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่จะต้องอาศัยการเปลี่ยนแปลงทางวัฒนธรรมและการต่อสู้ทางการเมือง

ในด้านวัฒนธรรมสโลแกนหนึ่งที่สามารถเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วอาจเป็น“ประชาธิปไตยด้านพลังงาน”: แนวคิดที่ว่าผู้คนสามารถและควรผลิตพลังงานของตัวเองในระดับเล็ก ๆ ที่บ้านและที่อื่น ๆ ด้วย

เทคนิคการก่อสร้างใหม่และแผงโซลาร์เซลล์ราคาถูกทำให้บ้าน“ net-zero” (ซึ่งผลิตพลังงานได้มากเท่ากับที่ผู้อยู่อาศัยใช้) ในการเข้าถึงทางการเงินของคนทั่วไป เหล่านี้เป็นองค์ประกอบหนึ่งของความทะเยอทะยานของเยอรมนี Energiewendeหรือประเทศของ การเปลี่ยนแปลงพลังงาน ห่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิล

ในประวัติศาสตร์โครงสร้างพื้นฐานขั้นตอนการซื้อออกมักจะเร่งขึ้นเมื่อเทคโนโลยีใหม่ย้ายออกจากการตั้งค่าขององค์กรและรัฐบาลขนาดใหญ่สำหรับการนำไปใช้โดยบุคคลและธุรกิจขนาดเล็ก พลังงานไฟฟ้าในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และการใช้อินเทอร์เน็ตใน 1990s เป็นกรณี ๆ ไป

ในรัฐควีนส์แลนด์ออสเตรเลียมากกว่าร้อยละ 20 ของบ้านสร้างกระแสไฟฟ้าของตัวเอง ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่ "จุดเปลี่ยน" ไปสู่บรรทัดฐานทางสังคมใหม่ของโซลาร์รูฟบนหลังคาได้มีการใช้งานไปแล้วในบางสถานที่ ในความเป็นจริงก ผลการศึกษาล่าสุด พบว่าตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุดของการไม่ว่าจะเป็นเจ้าของบ้านได้รับเพิ่มแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไปที่บ้านไม่ว่าจะเป็นเพื่อนบ้านที่มีพวกเขาอยู่แล้ว

ชิ้นส่วนของจิ๊กซอว์

หลายแนวทางนโยบายที่แตกต่างกันจะช่วยให้ทั้งสองเพื่อลดการบริโภคและเพื่อเพิ่มส่วนแบ่งของพลังงานหมุนเวียนในพลังงานผสม

รหัสอาคารสามารถตั้งค่าที่จะต้องค่อย ๆ ว่าทุกคนบนชั้นดาดฟ้าสร้างพลังงานและ / หรือ ratcheted ถึง LEED "อาคารสีเขียว" มาตรฐาน. ภาษีคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปหรือระบบ cap-and-trade ในบางประเทศ) จะกระตุ้นให้เกิดนวัตกรรมในขณะที่ลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลและส่งเสริมการใช้พลังงานหมุนเวียน

อย่างน้อยที่สุดก็ในสหรัฐอเมริกากำจัดหลายคน เงินอุดหนุนที่กำลังไหลไปยังเชื้อเพลิงฟอสซิล อาจพิสูจน์ได้ง่ายกว่าการเก็บภาษีคาร์บอนในทางการเมือง แต่ยังส่งสัญญาณราคาที่คล้ายกัน

การบริหารของโอบามา แผนพลังงานสะอาด เพื่อลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนจากโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเป็นตัวแทนของการเปลี่ยนแปลงนโยบายที่เหมาะสม มันเริ่มทีละน้อยเพื่อให้เวลาแก่ บริษัท ยูทิลิตี้ในการปรับและการดักจับคาร์บอนและการเก็บข้อมูลที่เพิ่งตั้งขึ้นใหม่เพื่อพัฒนา EPA คาดการณ์ว่าแผนจะสร้างผลประโยชน์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับ $ 20 พันล้านเหรียญสหรัฐรวมถึงผลประโยชน์ด้านสุขภาพจำนวน $ 14 - $ 34 พันล้านเหรียญในขณะที่มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่ามาก

เพราะก๊าซเรือนกระจกมาจากหลายแหล่งรวมทั้งการเกษตรการเลี้ยงสัตว์, สารทำความเย็นและการตัดไม้ทำลายป่า (ชื่อเพียงไม่กี่) มีมากขึ้นเพื่อ decarbonizing เศรษฐกิจโลกกว่าแปลงไปเป็นแหล่งพลังงานทดแทน

บทความนี้ได้รับการแก้ไขเพียงหนึ่งชิ้นส่วนของจิ๊กซอว์ที่มีขนาดใหญ่มาก แต่มุมมองของโครงสร้างพื้นฐานที่อาจช่วยให้เราคิดเกี่ยวกับปัญหาเหล​​่านั้นได้เป็นอย่างดี

ประวัติโครงสร้างพื้นฐานบอกเราว่าการทำให้เป็นคาร์บอนจะไม่เกิดขึ้นเร็วเท่าที่เราต้องการ แต่มันก็แสดงให้เห็นว่ามีวิธีที่จะเร่งการเปลี่ยนแปลงและมีช่วงเวลาที่ให้ทิปเมื่อสิ่งต่าง ๆ เกิดขึ้นเร็วมาก

เราอาจจะอยู่บนขอบของช่วงเวลาดังกล่าว ในฐานะที่เป็นปารีสเจรจาสภาพภูมิอากาศที่มีการพัฒนาให้มองหาแรงบันดาลใจในภาระผูกพันหลายชาติที่จะผลักดันกระบวนการนี​​้ไปข้างหน้า

เกี่ยวกับผู้เขียนสนทนา

เอ็ดเวิร์ดพอลPaul N Edwards ศาสตราจารย์ด้านข้อมูลและประวัติศาสตร์มหาวิทยาลัยมิชิแกน เขาเขียนและสอนเกี่ยวกับความรู้และโครงสร้างพื้นฐานข้อมูล Edwards เป็นผู้แต่ง A Vast Machine: โมเดลคอมพิวเตอร์ข้อมูลสภาพภูมิอากาศและการเมืองของภาวะโลกร้อน (MIT Press, 2010) และโลกปิด: คอมพิวเตอร์และการเมืองของวาทกรรมในสงครามเย็นอเมริกา (MIT Press, 1996) และ บรรณาธิการร่วมของการเปลี่ยนบรรยากาศ: ความรู้จากผู้เชี่ยวชาญและการกำกับดูแลด้านสิ่งแวดล้อม (MIT Press, 2001) รวมถึงบทความมากมาย

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.


หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน