مسیری برای کربن‌زدایی آمریکا تا سال 2035
ترجمه و تلخیص: ابراهیم رضایی‌راد
در آوریل 2021، کشور آمریکا هدفی را برای ایجاد یک سیستم برق بدون آلودگی کربن تا سال 2035 تنظیم کرد؛ عنصری مهم در هدف کشور برای کاهش انتشار گاز گلخانه‌ای تا حدود 50 تا 52 درصد تا سال 2030 و رسیدن به صفر مطلق تا 2050! تکنولوژی‌های تجدیدپذیر مانند تکنولوژی خورشیدی و بادی تاکنون از نظر هزینه با زغال‌سنگ و گاز در بیشتر بازارهای آمریکا رقابت می‌کنند و ایجاد الکتریسیته بدون گاز گلخانه‌ای برای کاهش گاز گلخانه‌ای در بخش‌های دیگر ضروری است، مانند حمل‌ونقل (ماشین‌های الکتریکی) و ساختمان‌ها (گرمایش الکتریکی). یک اهرم کلیدی برای دستیابی به جاه‌طلبی‌های کربن‌زدایی‌کردن ایالات متحده آمریکا گذر از سوختهای فسیلی برای حمل‌ونقل و گرمایش تا استفاده از تولید الکتریسیته پاک با منابع تجدیدپذیر است. برای گذر‌کردن از سوختهای فسیلی، بخش برق ممکن است لازم داشته باشد به طور هم‌زمان کربن‌زدایی را انجام دهد؛ در‌حالی‌که حداکثر 40 درصد افزایش در بار الکتریکی تا سال 2035 را برآورده می‌کند. این به معنای رشد بار 2.0 درصد در سال در طول دهه بعد در مقایسه با 0.5 درصد صرف در سناریوی وضع موجود است.
10 حرکت برای کمک به رسیدن به کاهش گاز گلخانه‌ای تا صفر مطلق تا سال 2035
1- بازکردن منحنی S بعدی برای انرژی باد و خورشیدی از طریق افزایش مجوز و منابع و توسط مقیاس‌بندی زنجیره تأمین. در این سناریو، انرژی خورشیدی و انرژی باد ساحلی و دریایی جدید 60 درصد کل ظرفیت را تا سال 2035 نشان می‌دهند که نیازمند هر دو صنایع برای افزایش نرخ استقرار سالانه تقریبا هفت برابر برای استقرار 1500 گیگاوات از ظرفیت قابل تجدید در طول 15 سال آینده است. این می‌تواند نیازمند کارگر ماهرتر، گسترش ظرفیت زنجیره تأمین، خدمات رفاهی جدید بندرگاه برای انرژی باد دریایی باشد.
2- گسترش دالان‌های انتقال بین‌ایالتی. مناطق با منابع تجدیدپذیر در سطح بالا تاکنون شاهد افزایش تراکم و شلوغی انتقال برق بوده است که منجر به هزینه‌های ارتباطی زیاد و باعث خارج‌کردن خیلی از پروژه‌های تجدیدپذیر از توسعه خطوط انتقال شده است. در حقیقت، تا سال 2014 ایالات متحده آمریکا تنها سه گیگاوات از انتقال بین‌منطقه‌ای را توسعه داده است؛ در‌حالی‌که چین حداکثر 260 گیگا‌بایت را توسعه داده است.
3- گسترش انعطاف‌پذیری روزانه در کنار شبکه. تولید در بخش برق با کربن‌زدایی‌کردن از منابع تجدیدپذیر متناوب به مقدار زیادی تأمین می‌شود. همخوانی تأمین برق با تقاضا بر پایه ساعت نیازمند استقرار منابع انعطاف‌پذیر برای کامل‌کردن انرژی تجدیدپذیر با هزینه پایین است. بیشتر از 300 گیگا‌بایت از منبع تأمین کوتاه‌مدت برای برآوردن تقاضای روزانه لازم است.
4- کنار‌گذاشتن پر‌شتاب زغال‌سنگ. سناریوی به‌صفر‌رساندن گاز گلخانه‌ای تا سال 2035 منجر به کنار‌گذاشتن سریع تولید بر پایه زغال‌سنگ موجود (بیشتر از 245 گیگاوات در 15 سال آینده) به خاطر ترکیب محدودیت‌های انتشار و ناکارآمدی اقتصادی خواهد شد. سال‌های اخیر یک افزایش در کنار‌گذاشتن زغال‌سنگ شنیده شده است. برنامه‌های جاری ظرفیت را تا 45 درصد تا سال 2035 نسبت به بار پایه 2015 کم خواهد کرد (در مقابل برنامه‌های قبل از پاندمی تا کاهش 30 درصد).
5- نگه‌داشتن آنلاین تسهیلات هسته‌ای موجود. بر‌اساس تخمین‌ها که بیشتر از 20 گیگاوات از ظرفیت هسته‌ای تا سال 2035 بر پایه هر دو اعلان کنارگذاشتن‌ها و انقضای گواهی جاری کنار گذاشته خواهند شد. این به این معنی است که این مدل مزایای اقتصادی، انتشار گاز گلخانه‌ای، اطمینان‌پذیری از نگه‌داشتن آنلاین 60 گیگاوات باقی‌مانده را نشان می‌دهد. خیلی از کارخانجات هسته‌ای امروزه از نظر اقتصادی به خاطر قیمت‌های برق پایین و هزینه‌های ثابت بالا در حال مبارزه هستند.
6- استقرار تولید برق قابل ارسال با گاز گلخانه‌ای صفر شامل حل‌کردن نقش گاز. ظرفیت تولید گاز احتمالا به رشد خود تحت سناریوی گاز گلخانه‌ای صفر تا سال 2035 ادامه خواهد داد. چنین رشدی می‌تواند هم انعطاف‌پذیری فصلی را فراهم کند و هم باعث از‌بین‌بردن شکاف در طول دوره‌های تولید پایین تجدیدپذیر منطقه‌ای باشد با حداکثر 590 گیگا‌بایت آنلاین تا سال 2035 در مقابل 414 گیگا‌بایت امروزی. با این حال با هدف رساندن گاز گلخانه‌ای به صفر، این کارخانجات نمی‌توانند مانند امروزه کار کنند؛ بنابراین مخلوط سوختهای کربن پایین یا صفر مانند هیدروژن، بیومتان، گاز طبیعی تجدیدپذیر و آمونیاک، احتمالا لازم خواهد شد تا ظرفیت اوج را برای از‌بین‌بردن شرایط آب‌و‌هوایی شدید فراهم کند.
7- ساده‌کردن تولید در محل سایت و گسترش استفاده از آن. انرژی خورشیدی توزیع شده و ذخیره‌سازی، برق‌رسانی به وسایل برقی خانه و به‌روز‌رسانی بهره‌وری ساختمان احتمالا به مقیاس‌کردن به صورت درخور‌توجهی برای دستیابی به اهداف کربن‌زدایی نیاز دارد. با این حال، پذیرش انرژی خورشیدی با چندین چالش روبه‌روست که شامل ارتباطات داخلی و پیچیدگی‌های آن است. در حقیقت، ایالات متحده آمریکا سه میلیون سیستم خورشیدی مسکونی تا سال 2021 نصب کرده است (حداکثر 2.4 درصد نفوذ خانگی) در‌حالی‌که آلمان در حدود دو میلیون (6.0 درصد نفوذ خانگی) را نصب کرده است. راه‌حل‌های در محل سایت می‌تواند نیاز برای به‌روزرسانی‌های انتقال را کاهش دهد و آنها را کمتر مستعد چالش‌ها و خطرات مربوط به پروژه‌های در مقیاس بزرگ تجدیدپذیر کند.
8- تقویت تاب‌آوری شبکه. در طول دو سال گذشته، اپراتورهای شبکه دست‌و‌پنجه نرم‌کردن با استفاده زیاد به خاطر دماهای بالا، بعضی از بزرگ‌ترین آتش‌سوزی‌ها در تاریخ مدرن و فعال‌ترین توفان‌های فصلی ثبت شده است. وقایع آب‌و‌هوایی شدید به‌عنوان نتیجه تغییرات آب‌و‌هوایی احتمالا همین‌طور ادامه دارند؛ در‌حالی‌که سهم بیشتر فعالیت اقتصادی بر شبکه الکتریکی متکی خواهد شد. این به معنای این است که شبکه‌های الکتریکی می‌توانند تقویت شوند یا از طریق توانایی‌های پیش‌بینی جدید، استانداردهای طراحی الکتریکی قوی‌تر یا به صورت چشمگیری امنیت سایبری قوی‌تر.
9- دوباره‌ساختن بازار و مکانیسم‌های تنظیم. کربن‌زدایی درخور‌توجه ممکن است نیازمند بازارهای برق منطقه‌ای یا ایالتی باشد و دولت فدرال ممکن است چندین ابزار را در نظر گیرد. اول؛ محدودیت‌های تنظیم برای انتشار کربن می‌تواند به دستیابی سرعت دلخواه کاهش انتشار کمک کند. دوم؛ پشتیبانی دولت می‌تواند هزینه‌های تکنولوژی را کاهش دهد (مانند هزینه‌های تحقیق و توسعه و استقرار سرمایه)، تحریک پذیرش (از طریق مجوز برای شتاب کار) و اطمینان از اینکه زیرساختار پشتیبانی مرکزی در جای درست قرار دارد. سوم؛ برنامه‌های هدفمند مانند برنامه کمک‌انرژی خانه با هزینه پایین می‌تواند پشتیبانی هدفمند برای خانوارهای محروم فراهم کند. چهارم، حرکت از قیمت‌گذاری الکتریسیته از ولت‌سنجی به اوج مصرف. پنجم، بازارهای انرژی ممکن است نیاز باشد تا مکانیسم جدید قیمت‌گذاری را شناسایی کنند که به اندازه کافی ظرفیت‌های قابل ارسال را در سیستم برق جبران می‌کنند که هزینه حاشیه‌ای الکتریسته اغلب به صفر می‌رسد. و در آخر؛ چارچوب تنظیمات بر پایه عملکرد، با هدف تراز‌کردن ابتکار عمل‌های کسب‌وکار با اهداف مشتری- سرویس، می‌تواند کمک کند که نقشه مسیر برای پذیرش خدمات
رفاهی تجدیدپذیر و دیگر تکنولوژی‌های جدید مهیا شود.
10- ساخت شبکه انتقال ملی برای هیدروژن و کربن دریافت‌شده. زیر‌ساختارهای جدید برای استقرار سوختهای هیدروژنی و دریافت کربن حیاتی هستند. هر دو برای توانایی تولید قابل انتقال با کربن صفر و توانایی جایگزین‌ها با کربن پایین برای برق‌رسانی به دیگر بخش‌ها، مخصوصا آنهایی که برق‌رسانی در آنها چالش‌برانگیز است (مانند گرمایش صنعتی با دمای بالا یا چگالی سوخت در حمل‌ونقل پاک) یا که گاز طبیعی بتواند به‌عنوان ماده اولیه در فرایند صنعتی جایگزین شود (مانند سیمان و کود شیمیایی). در ایالات متحده آمریکا، برای مثال، حضور گاز طبیعی با هزینه پایین و ذخیره‌سازی کربن زمین‌شناسی به معنای اقتصاد با کربن پایین، هیدروژن بر پایه متان یا هیدروژن آبی (از طریق اصلاح‌کردن بخار متان یا اصلاح خود‌گرمایی)، می‌تواند در کوتاه‌مدت مطلوب باشد، در مقایسه با الکترولیز سبز در بیشتر بقیه کشورها.
در آوریل 2021، کشور آمریکا هدفی را برای ایجاد یک سیستم برق بدون آلودگی کربن تا سال 2035 تنظیم کرد؛ عنصری مهم در هدف کشور برای کاهش انتشار گاز گلخانه‌ای تا حدود 50 تا 52 درصد تا سال 2030 و رسیدن به صفر مطلق تا 2050! تکنولوژی‌های تجدیدپذیر مانند تکنولوژی خورشیدی و بادی تاکنون از نظر هزینه با زغال‌سنگ و گاز در بیشتر بازارهای آمریکا رقابت می‌کنند و ایجاد الکتریسیته بدون گاز گلخانه‌ای برای کاهش گاز گلخانه‌ای در بخش‌های دیگر ضروری است، مانند حمل‌ونقل (ماشین‌های الکتریکی) و ساختمان‌ها (گرمایش الکتریکی). یک اهرم کلیدی برای دستیابی به جاه‌طلبی‌های کربن‌زدایی‌کردن ایالات متحده آمریکا گذر از سوختهای فسیلی برای حمل‌ونقل و گرمایش تا استفاده از تولید الکتریسیته پاک با منابع تجدیدپذیر است. برای گذر‌کردن از سوختهای فسیلی، بخش برق ممکن است لازم داشته باشد به طور هم‌زمان کربن‌زدایی را انجام دهد؛ در‌حالی‌که حداکثر 40 درصد افزایش در بار الکتریکی تا سال 2035 را برآورده می‌کند. این به معنای رشد بار 2.0 درصد در سال در طول دهه بعد در مقایسه با 0.5 درصد صرف در سناریوی وضع موجود است.
10 حرکت برای کمک به رسیدن به کاهش گاز گلخانه‌ای تا صفر مطلق تا سال 2035
1- بازکردن منحنی S بعدی برای انرژی باد و خورشیدی از طریق افزایش مجوز و منابع و توسط مقیاس‌بندی زنجیره تأمین. در این سناریو، انرژی خورشیدی و انرژی باد ساحلی و دریایی جدید 60 درصد کل ظرفیت را تا سال 2035 نشان می‌دهند که نیازمند هر دو صنایع برای افزایش نرخ استقرار سالانه تقریبا هفت برابر برای استقرار 1500 گیگاوات از ظرفیت قابل تجدید در طول 15 سال آینده است. این می‌تواند نیازمند کارگر ماهرتر، گسترش ظرفیت زنجیره تأمین، خدمات رفاهی جدید بندرگاه برای انرژی باد دریایی باشد.
2- گسترش دالان‌های انتقال بین‌ایالتی. مناطق با منابع تجدیدپذیر در سطح بالا تاکنون شاهد افزایش تراکم و شلوغی انتقال برق بوده است که منجر به هزینه‌های ارتباطی زیاد و باعث خارج‌کردن خیلی از پروژه‌های تجدیدپذیر از توسعه خطوط انتقال شده است. در حقیقت، تا سال 2014 ایالات متحده آمریکا تنها سه گیگاوات از انتقال بین‌منطقه‌ای را توسعه داده است؛ در‌حالی‌که چین حداکثر 260 گیگا‌بایت را توسعه داده است.
3- گسترش انعطاف‌پذیری روزانه در کنار شبکه. تولید در بخش برق با کربن‌زدایی‌کردن از منابع تجدیدپذیر متناوب به مقدار زیادی تأمین می‌شود. همخوانی تأمین برق با تقاضا بر پایه ساعت نیازمند استقرار منابع انعطاف‌پذیر برای کامل‌کردن انرژی تجدیدپذیر با هزینه پایین است. بیشتر از 300 گیگا‌بایت از منبع تأمین کوتاه‌مدت برای برآوردن تقاضای روزانه لازم است.
4- کنار‌گذاشتن پر‌شتاب زغال‌سنگ. سناریوی به‌صفر‌رساندن گاز گلخانه‌ای تا سال 2035 منجر به کنار‌گذاشتن سریع تولید بر پایه زغال‌سنگ موجود (بیشتر از 245 گیگاوات در 15 سال آینده) به خاطر ترکیب محدودیت‌های انتشار و ناکارآمدی اقتصادی خواهد شد. سال‌های اخیر یک افزایش در کنار‌گذاشتن زغال‌سنگ شنیده شده است. برنامه‌های جاری ظرفیت را تا 45 درصد تا سال 2035 نسبت به بار پایه 2015 کم خواهد کرد (در مقابل برنامه‌های قبل از پاندمی تا کاهش 30 درصد).
5- نگه‌داشتن آنلاین تسهیلات هسته‌ای موجود. بر‌اساس تخمین‌ها که بیشتر از 20 گیگاوات از ظرفیت هسته‌ای تا سال 2035 بر پایه هر دو اعلان کنارگذاشتن‌ها و انقضای گواهی جاری کنار گذاشته خواهند شد. این به این معنی است که این مدل مزایای اقتصادی، انتشار گاز گلخانه‌ای، اطمینان‌پذیری از نگه‌داشتن آنلاین 60 گیگاوات باقی‌مانده را نشان می‌دهد. خیلی از کارخانجات هسته‌ای امروزه از نظر اقتصادی به خاطر قیمت‌های برق پایین و هزینه‌های ثابت بالا در حال مبارزه هستند.
6- استقرار تولید برق قابل ارسال با گاز گلخانه‌ای صفر شامل حل‌کردن نقش گاز. ظرفیت تولید گاز احتمالا به رشد خود تحت سناریوی گاز گلخانه‌ای صفر تا سال 2035 ادامه خواهد داد. چنین رشدی می‌تواند هم انعطاف‌پذیری فصلی را فراهم کند و هم باعث از‌بین‌بردن شکاف در طول دوره‌های تولید پایین تجدیدپذیر منطقه‌ای باشد با حداکثر 590 گیگا‌بایت آنلاین تا سال 2035 در مقابل 414 گیگا‌بایت امروزی. با این حال با هدف رساندن گاز گلخانه‌ای به صفر، این کارخانجات نمی‌توانند مانند امروزه کار کنند؛ بنابراین مخلوط سوختهای کربن پایین یا صفر مانند هیدروژن، بیومتان، گاز طبیعی تجدیدپذیر و آمونیاک، احتمالا لازم خواهد شد تا ظرفیت اوج را برای از‌بین‌بردن شرایط آب‌و‌هوایی شدید فراهم کند.
7- ساده‌کردن تولید در محل سایت و گسترش استفاده از آن. انرژی خورشیدی توزیع شده و ذخیره‌سازی، برق‌رسانی به وسایل برقی خانه و به‌روز‌رسانی بهره‌وری ساختمان احتمالا به مقیاس‌کردن به صورت درخور‌توجهی برای دستیابی به اهداف کربن‌زدایی نیاز دارد. با این حال، پذیرش انرژی خورشیدی با چندین چالش روبه‌روست که شامل ارتباطات داخلی و پیچیدگی‌های آن است. در حقیقت، ایالات متحده آمریکا سه میلیون سیستم خورشیدی مسکونی تا سال 2021 نصب کرده است (حداکثر 2.4 درصد نفوذ خانگی) در‌حالی‌که آلمان در حدود دو میلیون (6.0 درصد نفوذ خانگی) را نصب کرده است. راه‌حل‌های در محل سایت می‌تواند نیاز برای به‌روزرسانی‌های انتقال را کاهش دهد و آنها را کمتر مستعد چالش‌ها و خطرات مربوط به پروژه‌های در مقیاس بزرگ تجدیدپذیر کند.
8- تقویت تاب‌آوری شبکه. در طول دو سال گذشته، اپراتورهای شبکه دست‌و‌پنجه نرم‌کردن با استفاده زیاد به خاطر دماهای بالا، بعضی از بزرگ‌ترین آتش‌سوزی‌ها در تاریخ مدرن و فعال‌ترین توفان‌های فصلی ثبت شده است. وقایع آب‌و‌هوایی شدید به‌عنوان نتیجه تغییرات آب‌و‌هوایی احتمالا همین‌طور ادامه دارند؛ در‌حالی‌که سهم بیشتر فعالیت اقتصادی بر شبکه الکتریکی متکی خواهد شد. این به معنای این است که شبکه‌های الکتریکی می‌توانند تقویت شوند یا از طریق توانایی‌های پیش‌بینی جدید، استانداردهای طراحی الکتریکی قوی‌تر یا به صورت چشمگیری امنیت سایبری قوی‌تر.
9- دوباره‌ساختن بازار و مکانیسم‌های تنظیم. کربن‌زدایی درخور‌توجه ممکن است نیازمند بازارهای برق منطقه‌ای یا ایالتی باشد و دولت فدرال ممکن است چندین ابزار را در نظر گیرد. اول؛ محدودیت‌های تنظیم برای انتشار کربن می‌تواند به دستیابی سرعت دلخواه کاهش انتشار کمک کند. دوم؛ پشتیبانی دولت می‌تواند هزینه‌های تکنولوژی را کاهش دهد (مانند هزینه‌های تحقیق و توسعه و استقرار سرمایه)، تحریک پذیرش (از طریق مجوز برای شتاب کار) و اطمینان از اینکه زیرساختار پشتیبانی مرکزی در جای درست قرار دارد. سوم؛ برنامه‌های هدفمند مانند برنامه کمک‌انرژی خانه با هزینه پایین می‌تواند پشتیبانی هدفمند برای خانوارهای محروم فراهم کند. چهارم، حرکت از قیمت‌گذاری الکتریسیته از ولت‌سنجی به اوج مصرف. پنجم، بازارهای انرژی ممکن است نیاز باشد تا مکانیسم جدید قیمت‌گذاری را شناسایی کنند که به اندازه کافی ظرفیت‌های قابل ارسال را در سیستم برق جبران می‌کنند که هزینه حاشیه‌ای الکتریسته اغلب به صفر می‌رسد. و در آخر؛ چارچوب تنظیمات بر پایه عملکرد، با هدف تراز‌کردن ابتکار عمل‌های کسب‌وکار با اهداف مشتری- سرویس، می‌تواند کمک کند که نقشه مسیر برای پذیرش خدمات
رفاهی تجدیدپذیر و دیگر تکنولوژی‌های جدید مهیا شود.
10- ساخت شبکه انتقال ملی برای هیدروژن و کربن دریافت‌شده. زیر‌ساختارهای جدید برای استقرار سوختهای هیدروژنی و دریافت کربن حیاتی هستند. هر دو برای توانایی تولید قابل انتقال با کربن صفر و توانایی جایگزین‌ها با کربن پایین برای برق‌رسانی به دیگر بخش‌ها، مخصوصا آنهایی که برق‌رسانی در آنها چالش‌برانگیز است (مانند گرمایش صنعتی با دمای بالا یا چگالی سوخت در حمل‌ونقل پاک) یا که گاز طبیعی بتواند به‌عنوان ماده اولیه در فرایند صنعتی جایگزین شود (مانند سیمان و کود شیمیایی). در ایالات متحده آمریکا، برای مثال، حضور گاز طبیعی با هزینه پایین و ذخیره‌سازی کربن زمین‌شناسی به معنای اقتصاد با کربن پایین، هیدروژن بر پایه متان یا هیدروژن آبی (از طریق اصلاح‌کردن بخار متان یا اصلاح خود‌گرمایی)، می‌تواند در کوتاه‌مدت مطلوب باشد، در مقایسه با الکترولیز سبز در بیشتر بقیه کشورها.