Energiplan 2030
14 desember 2008
Jon Hoem
Dokumentet oppdateres etter hvert som jeg får
oversatt originalen.
Sammendrag
Akkurat nå har vi en reell mulighet til å endre vår økonomi fra en som er basert på fossilt brensel til en som i stor grad er basert på ren energi. Teknologi og kunnskap for å oppnå dette finnes eller er under utvikling. Vi kan etablere en helt ny industri og skape millioner av nye arbeidsplasser. Vi kan kutte energikostnader, både knyttet til transport og bygninger. Vi kan forbedre vår nasjonale sikkerhet. Og vi kan ha en positiv innvirkning på klimaendringene. Med sterkt lederskap vil vi kunne gjennomføre en aggressiv, men realistisk tidsplan og en tilnærming som forskyver kostnader og gir reelle økonomiske gevinster.
Energi-teamet hos Google har analysere hvordan vi kan oppnå kraftige reduksjoner i bruken av fossilt brensel innen 2030. Våre forslag - "Clean Energy 2030" - viser hvordan USA kan redusere sin avhengighet av kull og olje for kraftproduksjon innen 2030 (med enkelte gjenværende bruk av naturgass og kjernekraft) og kutte bruken av olje til transport med 44% .
Barack Obama kunngjorde sin nye Energy for America plan sist sommer. Planen ligner Googles forslag på flere måter, blant annet med en sterk vekt på effektivitet, fornybar elektrisitet og plug-in biler. På samme måte har
Natural Resources Defense Council, McKinsey and Company, og
Electric Power Research Institute kommet med forslag som inneholdert alle de samme elementene.
Al Gore har kommet med en utfordring som er enda mer ambisiøs - karbon-fri elektrisitet innen 2020. Vi håper den amerikanske offentligheten vi påvirke våre ledere til å stille seg bak denne planen.
T. Boone Pickens har bidratt med en interessant plan for distribusjon av vindenergi. Andre planer har også blitt utviklet i de senere år, og fortjener oppmerksomhet.
Google forslag vil bidra til økt energisikkerhet, beskytte miljøet, skape nye arbeidsplasser, og bidra til å skape forutsetninger for langsiktig velstand. Noen av den nødvendige finansieringen vil måtte komme fra det offentlige, men mye av det vil komme fra privat sektor - en typisk fremgangsmåte for infrastruktur og høy teknologi-investeringer.
Målet med å presentere Clean Energy 2030 er å stimulere til debatt.
Et revidert forslag ble utgitt den 20. november 2008. Sjekk Google CEO Eric Schmidt energi tale ved Commonwealth Club i San Francisco 1. oktober og hans energi tale ved Natural Resources Defense Council hovedkvarter i New York den 20. november.
Oppsummering: Hva er nytt i versjon 2.0
Siden Clean Energy 2030 ble
utgitt første gang 1. oktober 2008, har vi gjort flere endringer basert på kommentarer fra leserne og interne tilbakemeldinger.
Dette gjelder særlig:
- en analyse av potensialet for nye arbeidsplasser i el-sektoren
- en forbedret modell for drivstofforbruk hos kjøretøy, som resulterer i bedre gjennomsnittlig drivstoffeffektivitet (og betydelig økt sparing)
- en nedgang i prisen på bensin fra $ 4 to $ 3 per gallon (dobling innen 2030), i lys av nylige økonomiske endringer
Også inkludert:
- en kommentar om hvorfor atomkraft ikke ble utvidet utover dagens nivå, og hvorfor kull med karbonfangst ikke ble inkludert
- en analyse av forestående kapasitetsøkning innen naturgass og kjernekraft
- anslag over de nødvendige landområdene for vindkraft og konsentrert solenergi, samt tak med solcellepanel
- en analyse av alderen til amerikanske kull- og naturgasskraftverk når disse fases ut i henhold til forslaget
- en grundigere analyse av effekten av utfasing av eldre biler
- et sammendrag av de viktigste aktivitetene Google arbeider med i forbindelse med ren energi
Totalt finner vi en svak økning i CO2 besparelser knyttet til drivstofføkonomien for kjøretøy. Dette til tross for at det er regnet med lavere drivstoffpriser. Netto økonomiske besparelser er nesten like store som tidligere beregnet, $ 820 milliarder over 22 år.
Oppsummering: reduksjoner i energiforbruk og utslipp
- Kraftproduksjon basert på fossilt brennstoff reduseres med 88%
- Kjøretøyers forbruk av olje reduseres med 44%
- Avhengighet av importert olje (for tiden 10 millioner fat per dag) reduseres med 37%
- Strøm-sektorens CO2-utslipp reduseres med 95%
- CO2-utslipp fra private kjøretøy reduseres med 44%
- Amerikanske CO2-utslipp reduseres samlet med 49% (41% fra dagens nivå)
Vi kan oppnå disse resultatene innen 2030 ved å:
- Introdusere aggressive tiltak for å effektivisere bruken av elektrisk energi, og dermed redusere etterspørselen 33%.
- Fase ut all kraftproduksjon basert på kull og olje, samt rundt halvparten knyttet til kraftproduksjon basert på naturgass, og erstatte dette med fornybar elektrisitet:
- 380 gigawatts (GW) vindkraft: 300 GW onshore + 80 GW offshore
- 250 GW solenergi: 170 GW fra solceller + 80 GW konsentrert solenergi
- 80 GW geotermisl: 15 GW konvensjonelle + 65 GW forbedrete geotermiske systemer
- Økende bruk av plug-in biler (hybrider & helt elektriske) slik at dette omfatter 90% av nye bilsalg i 2030.
- Øke konvensjonell drivstoffeffektivitet fra 31 til 45 mpg i 2030.
Alternativt,
- Fremskynde utskifting av kjøretøy med en 30% økning i forhold til det beregnede i 2020, og dermed forbedre gjennomsnittlig drivstoffeffektivitet med 7,5 mpg.
Oppsummering: Økonomiske konsekvenser
Den finansielle bunnlinjen: Selv om den totale prisen for Clean Energy 2030 forslaget er betydelig (ca. $ 3.86 billioner i 2008 dollar), vil det gi innsparinger som er enda større ($ 4,68 billioner), altså en netto besparelse på $ 820 milliarder over planens 22 årige løpetid.
Oppsummering: Hva må gjøres
En rekke tiltak vil være nødvendig å realisere Clean Energy 2030 forslaget.
- Fornybar elektrisitet
- En langsiktig nasjonal satsing på fornybar elektrisitet (f.eks nasjonale porteføljestandarder for fornybar energi, karbonpris, langsiktige skattefradrag og insentiver, osv.)
- Tilstrekkelig overføringskapasitet (for rundt 450 GW, hovedsaklig rettet mot de sentrale præriestatene øst for Rocky Mountains og kystområdene når det gjelder vindkraft, og ørkenområdene i sørvest når det gjelder konsentrert solenergi.
- Tilstrekkelig overføringsnett til å håndtere midlertidige topper i kraftproduksjonen.
- Offentlige og private FoU og investeringer i fornybar energi for å oppnå priser som er sammenlignbare med elektrisitet fra fossilt brensel i de kommende årene.
- Energieffektivitet
- Langsiktig satsing på energieffektivisering fra føderale myndigheter og stater (f.eks nasjonale effektivitetstandarder, aggressive standarder for elektriske apparater og bygninger, frikobling av kraftprodusentenes fortjeneste fra salg, insentiver for investeringer i energieffektivitet)
- Utbygging av et "smart" kraftnett som gir forbrukere og bedrifter mulighet til å administrere sin elektrisitetsbruk mer effektivt
- Personlige kjøretøy
- Offentlig politikk som støtter bruk av drivstoff-effektive biler, for eksempel høyere standarder for drivstoffeffektivitet i konvensjonelle biler, økonomiske insentiver for å oppmuntre til kjøp av effektive (spesielt plug-in) kjøreøy, spesielle priser på elektrisitet for "smart lading", og mer FoU
- Investering i nødvendig infrastruktur for å støtte massiv distribusjon av plugin-kjøretøy, inkludert ladestasjoner og utvikling av ny maskinvare og programvare for strømstyring
Alt dette vil kreve en tilstrekkelig og godt utdannet arbeidsstokk og produksjonskapasitet til å møte fremtidig vekst.
Elektrisitetssektoren
I dag produserer USA halvparten av sin elektrisitet fra kull, 20% fra henholdsvis naturgass og kjernefysisk energi, med resten produsers frav vannkraft og annen fornybar energi. Svært lite olje er brukt til å lage elektrisitet bare ca 1,5%. Kraftproduksjon produserer ca 2400 millioner tonn CO2 per år (MMtCO2 / år), ca 40% av de totale amerikanske utslippene.
Planen Clean Energy 2030 vil endre denne sektoren ved: 1) Holde etterspørselen etter elektrisitet på 2008-nivå, snarere enn å la den vokse med 25% innen 2030, og 2) eliminere all kraftproduksjon basert på kull og olje (og omtrent halvparten av naturgass ) innen 2030, og erstatter dtte med fornybar energi - primært vindkraft, solenergi og geotermisk energi.
Når det gjelder energieffektivitet, det er rikelig med bevis i flere stater og fra forskningsstudier [1] , som viser at veksten i etterspørselen etter elektrisitet kan holdes på dagens nivå eller lavere (nasjonalt er etterspørselen ellers estimert til å vokse med rundt 1% per år). Dette kan oppnås ved hjelp av en kombinasjon av strategier, inkludert mål for energieffektivitet, standarder, byggeteknikk, FoU-investeringer, økonomiske insentiver, reduserte avgifter ved salg og frivillige tiltak (en liste over enkle ting enkeltpersoner kan gjøre ble nylig fremhevet på Googles hjemmeside).
Ved å holde etterspørselen på dagnes nivå vil en redusere det forventede behovet for fossilt brensel til strømproduksjon med 30% i 2030, forutsatt at det ikke er noen reduksjon i andre måter å produsere strøm på. Spørsmålet er hvordan vi skal møte det resterende behovet for elektrisitet uten fossilt brensel. Et scenario der vi fortsetter som nå, utviklet av EIA, har en meget beskjeden vekst prognoser for fornybar energi: omtrent samme vannkraftkapasitet som i dag (7%), og en økning fra 2% til 7% for annen fornybar energi (mest biomasse). Ifølge EIA vil de mest av våre behov for strøm bli dekket av fossilt brensel også i fremtiden.
Vi foreslår noe radikalt annerledes.
Landbasert og offshore vindkraft vil kunne vokse fra
om lag 20 GW i dag til 380 GW, noe som vil kunne dekke 29% av behovet i 2030.
Solenergi, både fra solceller (PV) og konsentrere solenergi (CSP), vil kunne vokse fra om lag 1 GW i dag til 250 GW, og dermed dekke 12% av etterspørselen.
Geotermisk (jordvarme), både konvensjonelle og forbedrete systemer (EGS; se nedenfor), kan vokse fra 2.4 GW i dag til 80 GW, noe som dekker 15% av etterspørselen.
Sammen med beskjedne prosjekterte utvidelser av andre ikke-fossile energikilder, inkludert kjernefysiske (115 GW), vannkraft (78 GW) og biomasse og kommunalt avfall (23 GW), medfører at ca 90% av etterspørselen kan bli oppfylt.
[2]
Slike raske tiltak for å bygge opp elektrisk kapasitet har blitt gjennomført tidligere i USA
. Mellom 1998 og 2006, ble
kapasitet på over 200 GW, produsert med naturgass, lagt til den amerikanske strømnettet. Dette representerer en 115%
økning. På det høyeste i 2002, ble det tilført 60 GW ny produksjonskapsitet fra naturgass. En lignende historie gjelder for atomenergi, der 100 GW ble bygd på 1970-tallet og 1980-tallet fra nær null kapasitet, med største vekst på nesten 10 GW / år og en årlig vekst etter 1969 i overkant av 60%. Den resterende etterspørselen vil bli levert av naturgass (290 GW) [3] , som er trolig nødvendig for å fange opp ubalanse mellom produksjon og etterspørsel, spesielt med store mengder fornybar energi på nettet. Noe kapasitet vil også bli levert av vannkraft, mens distribuert kontroll med etterspørselen (planlegging av store enheter som vaskemaskiner, tørketromler og plug-in biler, samtidig som man gjør det mulig å overstyre bruken av klimaanlegg) og energi-lagring (både distribuert og sentralisert) vil medvirke til optimal økonomisk bruk av tilgjengelig strøm.
Figur 1.
(Merk at tallene i parentes ovenfor betegner
høyeste produksjonskapasiteter i 2030.
Gjennomsnittlig kapasitet, proporsjonal med den årlige mengden elektrisitet som produseres i TWh / år, som vist i figuren, er mindre og varierer med ressurs type. Se fotnote
[2] for mer informasjon).
Den estimerte økning i elektrisitetsproduksjon fra kjernekraft (ca 15% økning over dagens kapasitet) er uendret fra EIA's anslag, som antar at det tilføres om lag 20 GW mens om lag 5 GW vil bli faset ut innen 2030.
Vi har ikke regnet med en mer aggressiv utvidelse av kjernefysisk energiproduksjon på grunn av bekymringer over kostnader, avfallshåndtering og tilhørende risiko.
I tiden fremover er vi mest opptatt av å utforske alle typer banebrytende fornybare energikilder, inkludert elektrisitet og muligens ren kjernefysisk teknologi.
En annen teknologi som er tydelig fraværende fra våre forslag er
kull med CO2-fangst og deponering. Denne teknologien har potensial til å brenne kull med minimale klimagassutslipp (ca 10% av konvensjonelle kullkraftverk), men de tekniske og juridiske utfordringene knyttet til lagring av mange milliarder tonn CO2 er ennå ikke løst. Hvis disse problemene kan løses til fornuftige priser, vil kullkraqft med karbonfangst være en velkommen lav-karbon energiløsning.
US Department of Energy (DOE) har nettopp foretatt en
studie for å se på en mulig innføring av 300 GW vindkraft innen 2030, og konkluderte med at de tilgjengelige vindressursene er tilstrekkelige til å oppnå dette.
En
tidligere studie av National Renewable Energy Laboratory har sett på mulightene for en raskere utbygging av vindkraft, og funnet at opp til ca 600 GW kan realiseres innen 2030.
Denne planens mål, 380 GW i 2030, er derfor realistisk.
For å realisere denne mengden vindenergi trengs et landområde på rundt 75.000 kvadratkilometer, eller 10% av landområdet i Texas, men mindre enn 2% av området (knapt 1500 kvadratkilometer) vil være opptatt av tårn, veier og annet utstyr. Resten av landområdet vil fortsatt være tilgjengelig for jordbruk, beiteland, etc.
Energi fra solcellepanel har vokst sterkt de siste årene, mer enn 50% per år, men denne teknologien har fremdeles en svært liten markedsandel på grunn av høy pris.
Konsentrere solenergi (CSP) er mer lovende med tanke på reduserte kostnader, og kan levere store mengder strøm.
Studier ved
Navigant Consulting og
Clean Edge indikere at kapasiteter minst like høy som seg i vårt forslag er realistisk.
Vårt forslag vil kreve at et område på 1.000 kvadratkilometer benyttes til anlegg for konsentrert solenergi, 34 millioner tak på boliger (25% av totalen) skal utstyres med solcellepaneler, i tillegg kommer tilsvarende kapasitet på takene av kommersielle bygg.
[4]
Geotermisk energi (jordvarme) er kanskje den største uutnyttede ressursen. Konvensjonell hydrotermiske ressurser har vokst jevnt og trutt de senere år, med 4 GW under planlegging og sannsynlige 15 GW innen av 2030. Forrige måned annonserte vi en betydelig initiativ knyttet til forbedrete geotermiske energisystemer (EGS). Denne teknologien, som har potensiale til å gi betydelig effekt i stor skala, kan gi ekstremt rask vekst dersom teknologien viser seg å være anvendbar i løpet av de kommende årene.
For vind og solenergi, hvor den største andelen av ressursene befinner seg i The Great Plains og ørkenen i sørvest - langt fra befolkningssentrene - er den største utfordringen å skaffe tilstrekkelig overføringskapasitet til å få energien fram til brukerne. Med utgangspunkt i tall fra DOE studien vil en trolig trenge nesten 34.000 kilometer med nye kraftledninger for å overføre de 300 GW fra landbasert vindkraft og 80 GW fra konsentrere solenerg som foreslås i Clean Energy 2030 forslaget. I dag finnes det omtrent 340.000 kilometer høyspenningsnett i USA. Når det gjelder offshore vindkraft kan dette anlegges nær byer på begge kystene, og solcelleanlegg kan vanligvis bygges i nærheten av der energien benyttes. Det er også et betydelig potensial for geotermisk energi over hele USA.
I sum betyr dette at målen for elektrisitetsproduksjon, i Clean Energy 2030 forslaget, vil det eliminere 88% av fossilt brensel og redusere CO2-utslippene med 95% i forhold til de estimerte utslippene i 2030 grunnlinjen, eller ca 2800 millioner tonn CO2 / år.
Tabell 1. Strøm sektorvis
|
| 2007 | 2010 | 2020 | 2030 |
| Vindkraft-totalt (offshore) | 16 GW (0 GW) | 41 GW (0.5 GW) | 176 GW (18 GW) | 380 GW (80 GW) |
| Solenergi-totalt (CSP) | 1,0 GW (0.5 GW) | 3.1 GW (1.3 GW) | 69 GW (20 GW) | 250 GW (80 GW) |
| Geotermisk-totalt (EGS) | 2.9 GW (0,0 GW) | 7.2 GW (0.1 GW) | 32 GW (20 GW) | 80 GW (65 GW) |
| Reduksjon gjennom bedret effektivitet (behov per innbygger) | 0,0%
(13,7 MWh) | 3,0%
(13,4 MWh) | 18%
(11,8 MWh) | 33%
(11,4 MWh) |
| Økt etterspørsel fra plug-in biler | 0,0% | 0,0% | 0,7% | 8,0% |
| Andel av CO2 som kuttes | 0,0% | 8,0% | 52% | 95% |
Man kan spørre om det å legge ned alle kullkraftverk og halvparten av kraftverkene som benytter naturgass (omtrent en tredjedel av dagens kapasitet) ville ha en negativ økonomisk effekt, på grunn av investeringene ikke blir fullstendig tilbakebetalt. Realiteten er imidlertid at de amerikanske kraftverkene, som utnytter fossilt brennstoff, allerede er ganske gamle. Halvparten av kullkapasiteten og en fjerdedel av naturgasskapasiteten kommer fra anlegg bygd før 1973. Antar en at de eldste anleggene legges ned først regner vi med at en noenlunde lineær reduksjon av kapasiteten vil resultere i at 95% av kullkraftverkene og 100% av naturgasskraftverkene vil bli nedlagt når de er minst 40 år (se figur under). Førti år (eller mindre) er den typiske låneperioden for finansiering av denne typen anlegg, slik at nesten alle anleggg vil være fullt avskrevet når de legges ned.
Figur 2.
Ifølge Energy Information Administration, står transport-relatert energibruk for 70% av de totalt 21 millioner fat (MBD) flytende drivstoff som forbrukes per dag i USA. Innen 2030 vil personlig transport står for 17 millioner tonn, daglig, og slippe ut 2200 millioner tonn CO2 per år (MMtCO2/år), noe som tilsvarer ca 1/3 av det beregnede totale amerikanske energi-relaterte CO2-utslippet.
Personlig kjøretøy (også kjent som "lette" kjøretøy, for eksempel personbiler og lette lastebiler), står for omtrent 60% av transportsektorens drivstofforbruk og CO2-utslipp. Resten kommer hovedsakelig fra lastebiler og fly, herunder utslipp fra andre kilder (buss, tog, skip, etc.). "Clean Energy 2030"-forslaget fokuserer på personlige kjøretøy, fordi vi tror dette kan bli forandret av plug-in-hybride kjøretøy og gjennom høyere effektivitet i konvensjonelle biler.
Selv om den gjennomsnittlige drivstoffeffektiviteten for nye konvensjonelle biler, for tiden 22 mpg (9,3 kilometer per liter), foutsettes å øke til 31 mpg (13,2 kilometer per liter) innen 2030, [5] kan plug-in biler allerede oppnå betydelig høyere drivstoffeffektivitet fordi de kjører på elektrisitet mye av tiden (se for eksempel Googles nylig publisert RechargeIt driving experiment). En plug-in hybrid som kan kjøre 65 kilometer med ren elektrisk drift vil kunne benytte batteri ved omtrent halvparten av den årlige kjørelengden, og dermed bruke halvparten så mye bensin som konvensjonelle biler. Bytter en til et rent elektriske kjøretøy vil en selvfølgelig ikke forbruke noe bensin.
"Clean Energy 2030" planlegger en rask økning i salget av plug-in biler, fra 100.000 biler i 2010 (den årlige amerikanske omsetningen av kjøretøy var i 2007 omtrent 15 millioner enheter), for så å øke til 3,2 millioner årlig solgte kjøretøy i 2020 og 16,5 millioner i 2030. Sytti prosent av disse kjøretøyene ville være plug-in-hybrider, mens de resterende vil være rent elektriske kjøretøy.
I tillegg til rask introduksjon av plug-in biler, forutsetter "Clean Energy 2030"-forslaget at konvensjonelle (f.eks ikke-plug-in) kjøretøyer også vil bli mer effektive.
We have consulted with industry experts and determined that it is possible to push average conventional vehicle efficiency to 40-50 mpg in 2030, and assume 45 mpg in our proposal. Vi har konsultert med eksperter fra industrien og fastslått at det er mulig å presse gjennomsnittlig konvensjonelle bilmotorer til 40-50 mpg i 2030, og antar derfor 45 mpg (drøyt 19 kilometer per liter) i forslaget.
I Europa er dette
målet innen 2012.
Figur 3.
Figur 5.
Teksten er distribuert med en
CC-BY-lisens på samme måte som
den originale teksten.
Innlegg
Legg inn en kommentar