美国能源科学:与能源部长欧内斯特·J·莫尼兹的问答

从清洁煤到基础设施弹性,新任能源部长制定了应对气候变化的计划

当诸如桑迪飓风等极端天气来袭时,能源基础设施通常是第一个瘫痪的。在一个必须适应气候变化的世界中,在这些基础设施中建立弹性可能至关重要。这以及其他一些活动构成了奥巴马总统的“所有上述”能源战略——而新任能源部长欧内斯特·莫尼兹的任务是在其任期内解决所有这些问题。(莫尼兹曾担任大众科学的顾问,以及该杂志一篇专题文章的合著者,“核选择”。)

12月12日,大众科学与新任部长在一家初创型电网级电池制造商Urban Electric Power的后面一间闷热的会议室里进行了会谈。广泛的讨论涉及从电网级储能的需求到核武器的未来等各个方面。

[以下是采访的编辑稿。]


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为什么我们需要电网级储能?
原因有几个。它是关于吸收太阳能和风能等间歇性电力来源。显然,还有其他一些可以用来帮助平衡这些间歇性供应的方法,例如整合[天然]气等。但显然,储能可以为您提供巨大的灵活性。

问题一直是成本。这就是[Urban Electric Power]的用武之地。我们都知道,许多初创公司最终会遇到障碍。但其中一些不会。如果他们能在可制造的系统中将成本降至每千瓦时100美元以下,那将是一个重要的突破。

随着我们越来越多地使用智能电网和具有智能的电网,将分布式储能[整合到我们的电网基础设施中]也将非常重要。电力质量存在各种问题,例如频率稳定性等。储能技术有太多的可能性。

但是,未来的家庭难道不会在屋顶上安装天然气燃料电池和光伏电池吗?那样的话,也许我们就不需要电网了?
当然,对于像美国这样发达的经济体来说,不会是二选一。那将是一个错误的选择。我认为即使我们更加强调[太阳能或燃料电池等技术]的分布式发电,仍然会有一些大型的、基础负荷[发电]厂的位置。当然,当您前往世界其他地方时,[发电组合的]平衡可能会大不相同。您可能会从分布式方面开始,然后,或许,根据经济情况整合到更大的系统中。

让我给您举一个例子,说明我们看到正在出现的不同架构。明年,真正的重点将是基础设施。在气候背景下,问题是能源基础设施应对桑迪等此类事件的弹性。虽然我想强调一下,当我们关注能源基础设施的弹性时,它将比仅仅是极端天气事件更广泛。它还将包括网络[针对黑客攻击的电网安全]以及物理威胁。关键的变电站[在电网上]遭受了物理攻击等。实际上,基础设施的相互依赖性本身就是对基础设施的威胁。桑迪的另一个例子是电力和运输燃料之间的相互作用。导致汽油排队等候的不是燃料短缺[桑迪之后];而是无法获取和使用燃料。因此,这种具有弹性的基础设施将是一件大事。

当您在发达国家背景下考虑这种[适应]时——如果您可以用更少的供应和基础设施需求来完成能源服务,那么您的处境会更好。这涉及到效率,例如[发光二极管,或 LED],其成本下降令人难以置信。我们看到部署量也随之增加。我们已经从基本上什么都没有迅速发展到部署了 2000 万个 LED。现在的零售成本已降至 10 美元以下,而终生能源成本节省 125 至 130 美元,这笔交易很难拒绝。

对我来说,这显然是照明的未来

现在转到另一个问题,二氧化碳捕获和封存怎么样?这项技术目前的状况如何?它是否像新的环境保护署法规所暗示的那样成熟?
首先,从技术角度来说,它已经成熟了。清洁空气法案法规一直都是,我认为官方术语是“技术强制”。但是毫无疑问,它是可用的。它现在正在发生。

北达科他州的一家工厂多年来一直在向加拿大输送大量的二氧化碳,用于提高石油采收率[EOR]。我认为它在 EOR 中封存了 20 兆吨二氧化碳。当然,燃烧后的捕获技术也已投入使用。

毫无疑问,这项技术是存在的。事实上,我一个月前去了密西西比州的坎珀县,看到了那里几乎完工的南方公司 [二氧化碳捕获和封存] 工厂。它是一个庞然大物。它的功率为 550 兆瓦。它几乎完工了,但尚未完全完工,将于 2014 年完工。该公司已经签订了长期合同,用于[购买]电力、硫酸、氨和二氧化碳。它建造了一条 60 英里的管道,通往密西西比州南部的油田。它采用一种标准的捕获工艺,这在气化工厂中很常见,而且它是一家褐煤气化厂。它[位于]矿口。他们在那里开采褐煤,然后直接放入。此外,有趣的是,没有液体废水离开该场地。所以,你知道,这非常棒。

长期封存的法律方面呢?这方面是如何解决的?
显然,这将不断发展。在提高石油采收率方面,我们每天使用主要由天然存在的二氧化碳生产 300,000 桶石油。这并不少。那是每年 60 兆吨二氧化碳。

能源部几年前对二氧化碳提高石油采收率的潜力的估计——这必须有很大的误差范围——估计潜力是 10 倍。因此,每天 300 万桶石油和 600 兆吨二氧化碳。而为此,您找不到那么多二氧化碳,除非是在发电厂或生产二氧化碳的大型工业厂之类的东西中。

显然,[在盐水层中进行二氧化碳封存]存在不同的问题。它涉及不同级别的许可,因此我们必须解决这个问题。但是,只有当我们开始进行这些大型项目时,我们才能解决这个问题。我们相信,明年我们将会有大量的二氧化碳被注入,希望在提高石油采收率和含水层方面都能实现。

有很多事情正在发生,这是我们所有上述战略的一部分。我们将走向低碳,但我们认为,只要有足够的投资,所有燃料都将在低碳世界中占有一席之地。这是我们的基本理念。

未来几年有哪些重大举措?
显然,在能源方面,我们的根本任务是实施气候行动计划

然后,在科学方面,仅凭事物的发展节奏,我不知道未来几年是否会有重大举措。但当然,我们将开始战略性地研究下一代主要科学设施会是什么样子。我们的实验室往往是主办方,当然,布鲁克海文[国家实验室]就在附近,拥有加速器、中子源、光源等。现在至少应该做好预算更充足时的准备。

当然,另一个大方向是,美国能源部一直是下一代大型计算的推动者。这应该是另一个非常有趣的地方。

还有安全方面。自 2009 年的布拉格会议以来,总统在战略储备[核武器]以及控制核材料方面提出了非常强有力的议程。您知道,我们周二刚刚完成了[高浓缩铀]协议:[在最后一批货物中]有 500 吨高浓缩铀。百万吨到兆瓦项目已经结束,现在,我们更多地是与俄罗斯和第三国合作。就在过去五个月里,通过共同努力,我们从越南和匈牙利撤出了所有高浓缩铀。

这是否意味着我们也会将我们核弹头中的高浓缩铀转化为核电站的燃料
我们会的。

我的意思是,我们将做更多吗?
我们会看到的。在需要的时候,我们会这样做。

您玩得开心吗?
当然。

但是您目前喜欢这份工作吗?
我喜欢我正在做的任何工作。

但它们不可能都很有趣。这份工作很有趣吗?
它们都很有趣。我让它们都变得有趣。 

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