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限制全球变暖:需要采取更积极的措施

Nancy W. Stauffer, MITEI · 2017年6月15日 · Mitei.

对巴黎气候协议的麻省理工学院分析发现 - 即使所有参与国家符合其承诺 - 全球变暖将超过2100年的2°C,早在2050年的最大值将超过2100。为了确定所需要的,MIT关节的研究人员全球变革科学和政策计划计算了一系列全球能源技术混合物,以满足未来需求,同时产生与2°C目标一致的温室气体排放。根据假定的成本加上统一的全球碳价格,不同的技术占主导地位,但所有成功的组合都与今天的全球能源系统显着不同。研究人员得出结论,需要大量的研发投资来降低关键能源技术的成本,并帮助改变全球能源系统 - 在未来十年内必须在未来十年内的班次,否则如果世界以满足其目标,则必须进一步。

在2015年底的巴黎气候会谈上,近200个国家签署了一项协议,旨在将地球表面的变暖幅度限制在比工业化前水平高出2摄氏度或更低的水平——这是一个长期重申的目标,旨在避免气候变化带来的一些最糟糕的后果。但是,各国在协议中承诺的“国家自主贡献计划”(INDCs)是否足以让世界走上实现气候目标的道路?如果没有,结果会是什么?我们还需要采取哪些其他措施来实现这一目标?

这些问题和更多的将在2016年食品、水、能源和气候展望,最新的一系列报告于2012年由2012年出版的全球改变的科学和政策联合计划,为行星在经济增长和资源利用和环境的影响方面提供更新。今年新的是对农业和水资源挑战的考察,以及联合计划专家的观点,麻省理工学院能源倡议,156manbetx.com英国石油公司能源创新改革项目旨在解决能源和电力供应的技术和经济障碍,并希望突破关键技术。

巴黎情景和风险的未来

研究人员的首要任务是评估《巴黎协定》中承诺的有效性。它们将如何影响未来的能源技术和燃料组合,对排放有什么影响,这些排放将对全球气温有什么影响?

该团队使用综合全球系统模型(IGSM)解决了这些问题,IGSM是联合计划开发的一套连接的计算机模型,用于分析人类和地球系统之间的相互作用。经济政策和预测分析部分根据人口、生产力和能源技术选择的成本模拟世界经济增长。麻省理工学院地球系统模型模拟大气中的化学反应、气候动态和自然生态系统的变化,包括植被、土壤和海洋。在IGSM框架下,两种模型相互作用,预测人类活动可能导致的全球环境变化,以及所提出的政策措施对这些变化的影响。

为了检验《巴黎协定》的影响,研究人员利用联合国、国际货币基金组织和其他来源的数据对未来人口和经济增长进行了估计,从而运行了IGSM。他们提出了一些政策和措施,他们认为这些政策和措施反映了主要排放国的国家自主贡献预案(INDCs),并假设所有参与者在2025年之前(以及之后)都将遵守他们的承诺,不会实施任何进一步的措施。

巴黎协议下的全球主要能源使用

这张图表显示了全球能源的预计使用情况。这些计算是基于联合国(United Nations)的人口预测和国际货币基金组织(imf)的经济增长估计,他们假设《巴黎协定》(Paris Agreement)下的政策和措施到2050年(和2100年)仍然有效,但不会有更大幅度的削减或扩大更多国家的参与。可再生能源和核能在增长,但世界能源结构仍以化石燃料为主。

上图显示了2010年和2050年之间不同来源的能源使用的产生的分布。预测带来了一些(看似)令人鼓舞的新闻:可再生能源增加八倍,核电增加了三倍。“但两者都从总数的小部分开始,因此增长不足以驱逐化石燃料,”约翰·赖利麻省理工学院斯隆管理学院(MIT Sloan School of Management)高级讲师。到2050年,化石能源的份额将从今天的86%下降到75%,但世界仍主要由化石燃料主导——到2100年,化石燃料仍占总量的58%。

研究人员接下来计算了预计的能源组合将导致的全球排放量。他们计算了所有人类来源(包括能源、工业、农业、废物和土地利用变化)排放的所有类型的温室气体(GHGs)。他们的结果显示,2100年的总排放量比2010年高出60%以上,其中三分之二是由二氧化碳(CO2)由化石燃料排放。

最后,根据该排放前景,他们从预生产水平估计了全局表面空气温度的变化。地球系统对温室气体辐射强制的响应是不确定的。结果,给定的温室气体浓度的分析可以产生一系列投影温度升高,比其他更容易。为了反映这种不确定性,研究人员假设全球气候表现出对大气温室气体的存在的低,中位数或高敏感性,进行了单独的分析。结果显示在下图中的三条曲线中。到2050年,投影温度上升 - 取决于1.9°C至2.6°C的假定灵敏度范围,达到2100,范围为3.1°C至5.2°C。

全球平均气温较工业化前水平的变化

这些曲线显示了麻省理工学院对1870年以来气温变化的估计(定义为工业化前水平),假设全球气候表现出对大气温室气体的低、中、高敏感性。温度变化是根据《巴黎协定》的政策和措施产生的一次能源结构计算的,假设这些政策和措施在不进一步削减或扩大更多国家参与的情况下一直有效到2100年。2100年2摄氏度的目标早在2050年就超过了。

对食品和水的相关影响的计算产生同样令人惊叹的预测。即使进行了巴黎协议的所有承诺,也仍然是世界各大的“粮仓”地区的主食作物以及大多数全球人口所取决于的水供应。

“所以即使我们幸运的是,地球对GHG强迫的不是很敏感,到2050年,我们在2°C的居住程度的十分之一,”Reilly说。“我们显然不是靠近会面的任何地方,并且鉴于所涉及的风险,追求更具攻击性政策的审慎措施稳定气候。”

2°C路径的排放和能源情景

研究人员接下来开发的排放方案将成功地将温度上升保持在或低于目标水平。这些分析假设,《巴黎协定》将在2025年之前锁定行为,然后在2025年引入一个全球统一的、不断上涨的碳价格,设定一个起始值,以便在2100年之前按照需要限制累积排放量。

下图显示了CO的结果2排放。上面的曲线是一个参考案例,反映了在没有巴黎协定的情况下的排放量。其他三条曲线显示了在假设这三个敏感水平的情况下,要达到2°C的目标,必须降低多少排放量。毫不奇怪,气候敏感性越高,所需的排放路径就越低。更引人注目的是2025年到2030年之间的急剧下降。中位数的情况要求在这五年内减少31%的排放量。这个高敏感的案例要求减排一半。

2°C升温的排放路径

这张图表显示了计算出的CO2排放轨迹在2100中将预热到2°C以下,假设低,中位数和高气候敏感度。巴黎协议于2025年生效,之后征收碳价格,以限制累计排放,以满足2100个目标。2025和2030之间的突然下降证实,单独的巴黎承诺并不充分侵略性,以产生与气候稳定化一致的路径。

尽管生产这种突然纠正的成本高,但突然破坏,但该模型表明它是经济上的最佳选择。Reilly提供了类比。“如果你在你面前突然意识到有一个悬崖,那么你会很难摇摇欲坠,即使它在后排座位上扔掉了人,那么也就是说,”他说。“万博体育平台网页“如果我们继续进行我们的当前课程并突然认识到我们真的必须满足2°C的目标,我们需要突然在世界的能源系统上突然曲柄,无论成本如何。”

能源混合是可行的

虽然需要全球能量混合中的剧烈变化,但有各种各样的技术组合可以工作。为了说明,研究人员审查了一系列方案,其中凭借假设的成本和其他限制 - 某些技术在符合目标的未来能量组合中占主导地位。三个分析结果显示在下面的图表中。(所有分析都假设中位气候敏感度和国际能源署[IEA]技术成本的估计,除非指出。)

能量混合以应对2°C的挑战

上面的图表显示了三组发电和初级能量混合物,旨在满足2100的2°C目标。它们是由研究人员承担着碳价格上涨以及成本和限制的分析,使得所选技术发挥主导作用。假设廉价的碳捕获和封存(CCS)的第四分析产生结果几乎与生物能源场景相同。

核占主导地位

为了建立一个基本案例,研究人员对所有关键能源技术加上生物燃料的IEA成本中位数。结果是核能迅速成为主导电力的世界。生物电性起着次要作用,以及水电和可再生能源,在那里它们很容易集成到系统中。

核能同样支配着初级能源产出。生物能源也扮演着越来越重要的角色,其中一些用于发电,但大部分用于车辆的液体燃料。(没有考虑在电动汽车方面取得突破。)随着时间的推移,煤炭的消失速度很快,而石油和天然气的下降速度则更为缓慢。到2050年,化石燃料占全球能源的份额将下降到38%,到2100年将下降到3%。

一个生物的世界

考虑到政治和其他方面的担忧,核能在全球范围内的大规模扩张可能会被证明是困难的,因此研究人员也进行了分析,认为核能的选择是昂贵的,并且受到其他限制。如果没有了廉价的核能选择,能源节约和效率就会提高,总电力和能源消耗就会下降。

生物能源现在占据了电力部门,含有碳捕获和封存(CCS)的天然气以及可再生能源,水电和核的帮助。生物能源同样同样是主要燃料的重要来源 - 用于发电和更换石油产品进行运输。

可再生能源规则

为了让风能和太阳能发挥主导作用,研究人员不得不假设,间歇性问题可以通过廉价的能源储存或电网运行的进步来解决。否则,维持备用发电能力的成本——例如燃气轮机或生物发电厂——使得可再生能源的大规模普及在经济上不可行。

考虑到低成本的太阳能和风和受限制的核电,可再生能源占所有发电的一半,另一块来自生物电。可再生能源也在初级能量中发挥重要作用,仅超过生物能源,用于发电和液体运输燃料。

碳捕获和封存

在另一项分析中(图中未显示),研究人员限制了核能,并将CCS的成本降到了国际能源署范围的低端。有趣的是,发电和一次能源的结果几乎与生物能源的情况相同。即使在成本估算的低端,CCS也过于昂贵,无法与之竞争。部分问题在于,CCS技术最多捕获了90%的排放量,而且必须为剩余的排放量支付碳价。

其他选择和前进的道路

报告中的分析并没有考虑将CCS添加到生物质能发电中——赖利认为这是一种神奇的组合。他说:“你种植树木,它可以吸收大气中的碳。”“然后你焚烧树木,释放碳,但你从发电厂吸收碳并把它埋在地下。你得到的结果是负的。”在这种安排下,发电厂将联合生产减少的碳排放和电力,并将同时获得报酬。赖利说,在这种情况下,排放量可能会长期降至零或更低。

Reilly强调了达到零排放的重要性。“万博体育平台网页人们认为,如果排放停止上升,那么我们将取得稳定 - 但他们仍然会在大气中建立,”他说。“我们需要记住的是,稳定浓度的合作伙伴2在大气中,我们必须达到几乎没有CO2排放。”考虑到牲畜、化肥和其他关键来源持续排放的温室气体,实现负CO2要达到净零排放,就需要在某些地方进行排放。

研究人员得出的结论是,全球能源结构必须在未来10到20年里迅速转变,才能防止2100年气温的过度上升。他们认识到,这样的事业几乎肯定需要非同寻常的政治共识,或者是突然的、不可预见的技术突破。他们断言,由于目前还不清楚哪些技术将起主导作用,因此需要大量的研发投资来开发当前的技术,探索新技术,并提高我们使用能源的效率,从而减少未来对能源的需求。由此产生的技术进步和成本降低将有助于各国在气候变化方面取得进展,并支持尽快过渡到2°C的能源路径。



这项研究得到了全球变革科学和政策的联合计划和政府,行业和基金会赞助商和私人捐助者的国际伙伴关系的支持。其他贡献者包括麻省理工学院能源倡议(MITEI);156manbetx.com能源创新改革项目;和BP是Mitei的创始成员。

进一步的信息可以在:

麻省理工学院全球变化科学与政策联合项目。2016年食品、水、能源和气候展望。下载报告


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