六氟化硫(SF6)被描述为世界上最糟糕的温室气体。它的效力是二氧化碳的23,500倍。全球年排放量为8,100吨,相当于1亿辆汽车的二氧化碳排放量。它的大气寿命超过1000年,到2030年,其安装基础预计将增长75%。所有SF6的80%用于气体绝缘开关设备,气体绝缘开关设备是电网的重要组成部分(隔离和保护不同部分),因此这是能源部门的问题。Nuventura的Nicholas Ottersbach(一家开发替代SF6的清洁技术初创公司)解释说,存在替代方案,但需要强有力的法规的帮助加快进一步发展和快速吸收。否则,电网运营商不会让步。尽管始终将减少二氧化碳排放量作为首要任务,但进展速度还不够快。他说,如果像SF6这样的非二氧化碳温室气体得到应有的重视,任务将变得更加容易。加利福尼亚和欧盟现在已经将它提上了日程。
能源消耗和生产活动占全球温室气体(GHG)排放量的三分之二(WEF,2018:6)。因此,有助于减缓由温室气体驱动的气候变化的最大潜力在于从事能源领域的公司,这些公司将通过以下方式实现:a)加快创新步伐,b)大规模部署可持续能源技术。
不幸的是,尽管近年来整体发展步伐加快,但能源领域与气候相关的创新仍未迅速或广泛地发生,也不足以解决紧迫问题和利用新技术(WEF,2018:5)。全球能源系统正面临着不断变化的需求:应对气候变化的紧迫挑战和扩大能源获取的需求,第四次工业革命创造了新机遇,这在很大程度上是数字和物理创新的融合所驱动的经济和社会的所有领域(WEF,2018:5)。
“路径依赖”保守主义正在减缓过渡
毫无疑问,就更新技术而言,电气行业是最保守的行业之一(Biasse,JM 2014)。这个问题的核心是由电网运营商的绩效标准与创新相关的固有风险之间的紧张关系造成的路径依赖性。电网运营商的主要性能标准包括输电连续性和电压质量,这构成了欧洲电网运营商的核心基准(CEER,2016:3)。结果,电网运营商最看重的是稳定性(这可以解释为“缺乏变化”),并且往往对部署新技术犹豫不决(Biasse,JM 2014)。可持续性往往是事后的想法。
结果,强烈鼓励电网运营商控制创新项目的运营风险。这导致规避风险的文化与技术创新的开放性,不确定性背道而驰(De Reuver et al。2016:631)。奥地利电力公司Energienetze Steiermark的董事总经理Franz Strempfl先生总结了这种紧张关系。“您要我确保供应的安全性,拥有大量的可用性,在电网上进行大量投资并使其更便宜吗?”(Deign,J。2018)。
Strempfl先生的无奈反映了阻碍网格空间创新的恶性循环。作为电网运营商规避风险的连锁反应,电网设备制造商(OEM)缺乏动力去追求可持续的新型电网技术的发展。客户(电网运营商)缺乏实际需求,加上他们现有技术的商业成功,并没有为开发清洁替代品提供真正的动力。因此,创造了一种不利于环境友好型创新的文化。
开关设备行业中的六氟化硫(SF6)
这样的恶性循环的一个例子可以在开关设备行业中找到。开关设备是电网的重要组成部分,因为它们隔离并保护电网的不同部分。开关设备技术已变得越来越流行,被认为是“高级”技术,称为气体绝缘开关设备(GIS)。顾名思义,这项技术所含的气体恰巧是世界上最强的温室气体。六氟化硫(SF6)。
所产生的所有SF6中有80%被用作GIS的绝缘介质(Powell,2002:6),其全球年排放量为8,100吨(Dunse等,2015:20)。相当于约1亿辆新车每年产生的二氧化碳排放量,超过了全球每年的护理销售量。此外,它的大气寿命至少为1000年,到2030 年,其安装基础预计将增长75%(McGrath,M.2019)。
令人满怀希望的是– 在几乎所有应用中,使用SF6的GIS的可持续替代方案都取得了新进展(Eves,M.等人2018; Xiao,S.等人2018; Benner等人2012; Grotelüschen,F.2019)。但是,硬道理是,无论技术多么先进,绿色技术在实际部署和使用之前都是无用的。
不幸的是,目前在电网和SF6-GIS的继续使用方面都是如此,而对环境友好的替代方案却被忽略了。原因是环境问题通常不属于典型的电网运营商资产管理团队的关键绩效指标(KPI)以及根深蒂固的路径依赖项。不愿将此类新技术引入其网格以及何时被问及为什么;通常的反应是,没有真正的诱因让他们在即将实施的法规变更之前实施这些强制实施。
监管机构驱动的创新,采用
正是由于这些系统性问题阻碍了决策者需要采取行动的可持续电网技术的快速发展和普及(Negro。,SO et al。2012:3844)。
环境法规可以带来巨大的创新。不仅通过鼓励老牌制造商开发新技术,还通过创造条件让新制造商进入市场(Ashford,NA和Hall,RP 2011:277)。以环境为重点的法规导致了清洁技术的创新,并阻碍了污染技术的研发。因此,环境法规可以帮助行业摆脱污染的经济轨道,并朝着“清洁”的轨道发展(Dechezleprêtre,A.&Sato,M. 2014:2)。
此外,低碳创新可以带来比其所取代的“肮脏”技术更广泛的经济利益,因为它们在经济中产生了更多的知识,其他创新者可以利用这些知识进一步跨部门开发新技术。这使得从“肮脏”技术向“清洁”技术的转变可能产生经济增长成为可能,从而证明了公众对清洁技术发展的强有力支持(Dechezleprêtre,A。&Sato,M。2014:2)。
命令与控制(CAC)策略,基于市场的工具(MBI)
环境监管机构主要依赖两种工具:命令与控制(CAC)政策,例如物质禁令,排放和技术标准,以及基于市场的工具(MBI),例如排放费和可交易许可(Blackman,A Li,Z. and Liu AA 2018)。
有大量研究比较MBI和CAC政策的效果。大多数支持CAC,有些支持MBI(Lamperti,F. et al。2016:3)。关于“最佳”气候政策方法以及比较不同工具的方式,目前尚无明确共识。例如,Goulder and Parry(2008)考虑了各种可能的干预措施,并分析了它们达到各种主要评估标准的程度,包括成本效益,分配公平性,解决不确定性的能力以及政治可行性。他们得出的结论是,没有任何一种工具显然是优越的,而且不同气候政策的组合可能更有效。 (Lamperti,F.等人2016:4)。
我们需要CAC。MBI太慢了
但是,考虑到气候紧急情况的紧迫性,在某些情况下有必要实施CAC措施。问题的严重性意味着MBI的逐步发展和消解根本没有足够的时间。而且,CAC已被证明在环境政策方面是有效的。例如,《蒙特利尔议定书》等一些国际协议为特定的污染浓度设定了外生上限(Lamperti,F.et al.2016:4)。研究还支持以下观点:美国环境法规日益严格,占污染排放量减少60%的四分之三 (例如氮氧化物,颗粒物,二氧化硫和挥发性有机化合物)在1990年至2008年期间来自美国制造(Shapiro,JS和Walker,R。2015)。
CAC可以快速淘汰白炽灯泡
尽管可以使用可持续的替代方法,但仍需要采取强有力的CAC措施的上述例子之一是上述继续使用SF6。这是监管比市场解决方案更有效的合法例子。考虑自世纪之交以来全球逐步淘汰白炽灯泡。最初对价格上涨的担忧,“灯泡社会主义”和对美学的抗议已经平息,新标准导致制造商创新和更多的消费者选择,而不是更少(Sachs,NM 2012:1663)。此外,在欧盟,淘汰已使家庭的用电量减少了10-15%,并节省了近40 Twh(罗马尼亚的耗电量大约为1100万欧洲家庭,相当于10 500兆瓦发电厂的年产量),每年减少约1500万吨的二氧化碳排放(欧盟委员会,2009年)。
在气候变化的可怕影响日益现实的时代,争辩说对于使用极强温室气体的技术应采取类似的方法,这些技术具有现成的可持续替代品,这并不奇怪。还必须简单地淘汰它们的使用。
加利福尼亚,欧盟:SF6法规已提上日程
监管机构越来越多地审查这种温室气体。例如,颇具影响力的加利福尼亚州空气资源委员会(CARB)认真对待SF6的问题,并计划在2025年前逐步淘汰几乎所有应用程序(CARB,2019)。同样,欧洲委员会也在调查SF6在能源行业中的作用,并已开始对SF6和可用替代品进行研究,作为其控制F气的立法的一部分。该报告将于2020年7月发布,该法规将于2022年修订(欧盟议会,2018年)。
尽管很明显,只有大幅减少CO2的排放量才有可能持续减少温室气体的变暖,但减少非CO2的温室气体排放量将是实现这一目标的相对快速且经济高效的方式。监管机构应将诸如SF6之类的温室气体作为解决困扰能源部门创新的路径依赖的机会,并发出明确的信息,表明正在认真对待《巴黎气候协定》。气候调节的独特挑战在于,根本没有时间进行正常增量主义的反复试验。气候变化不会等待。
***
尼古拉斯·奥特斯巴赫( Nicholas Ottersbach)是 Nuventura的业务开发人员和研究员,该公司是一家清洁技术创业公司,致力于开发SF6替代品
参考书目:
阿什福德(Ashford,NA)和霍尔(Hall),RP2011。“法规诱导的创新对可持续发展的重要性”。可持续发展(3)。在这里可用:https : //dspace.mit.edu/handle/1721.1/88096
Benner,J.,van Lieshout,M.和Croezen H.2012。“中压开关柜中SF6排放的减排成本”。CE Delft。可在此处获取:https : //www.cedelft.eu/publicatie/abatement_cost_of_sf6_emissions_from_medium_voltage_switchgear/1267
Biasse,JM,2014年。“中压开关设备将来会是什么样?”。施耐德电气。可在以下网址获得:https : //blog.se.com/smart-grid/2014/11/26/will-mv-switchgear-look-like-future/
Blackman,A.,Li,Z.,&Liu,AA2018。“命令与控制以及基于市场的环境法规在发展中国家的效力”。资源经济学年鉴。可用网址:https : //www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-resource-100517-023144
加利福尼亚州空气资源委员会(CARB),2019年。“降低气体绝缘开关设备六氟化硫排放法规的潜在变化的讨论草案”。碳水化合物。可在以下网址获取:https : //ww2.arb.ca.gov/sites/default/files/2019-08/sf6-gis-discussion-draft-20190815.pdf
CEER,2016年。“第六届CEER电力和燃气供应质量基准报告”。CEER。可在以下网址获取:https : //www.ceer.eu/documents/104400/-/-/d064733a-9614-e320-a068-2086ed27be7f
Dechezleprêtre,A.和Misato,S.,2017年。“环境法规对竞争力的影响”。格兰瑟姆气候变化与环境研究所/全球绿色增长研究所。可在以下网址获得:https : //academic.oup.com/reep/article/11/2/183/4049468
Deign,J. 2018.“应允许公用事业进行试验和失败,Energy Exec表示”。GTM。可在以下网址获得:https://www.greentechmedia.com/articles/read/utility-boss-utilities-should-be-allowed-to-fail-half-the-time
De Reuver,M。van der Lei,T。和Lukszo Z.,2016年。“电网运营商应如何管理智能电网创新项目?嵌入式案例研究方法”。能源政策(97)。可在以下网址获得:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421516303639
Dunse,BL等。2015。“澳大利亚和全球HFC,PFC,六氟化硫,三氟化氮和氟化硫的排放量”。CSIRO。可在以下网址获得:https://www.environment.gov.au/system/…/australian-hfc-pfc-emissions-2015.pdf
欧盟议会,2018年。“ AriasCañete先生代表欧洲委员会的答复”。问题参考:E-003191 / 2018。可在以下网址获得:http : //www.europarl.europa.eu/doceo/document/E-8-2018-003191-ASW_ZH.html
欧盟委员会,2009年。“常见问题:逐步淘汰传统的白炽灯泡”。欧盟委员会。可用网址:https : //ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/MEMO_09_368
Eves,M.,Kilpatrick,D.,Edwards,P.和Berry J.“关于在配电网络上使用SF6气体替代品的文献综述”。西方配电。可在以下网址获得:https : //www.westernpower.co.uk/projects/sf6-alternatives
F. Godomel,“使用不含SF6的中压技术应对气候紧急情况”。施耐德电气。可在以下网址获取:https : //blog.se.com/electricity-companies/2019/10/16/fighting-the-climate-emergency-with-sf6-free-medium-voltage-technology/
Goulder,LH和Parry WH2008。“环境政策中的工具选择”。环境经济学与政策评论,2(2):152-174。可在以下网址获得:https : //pdfs.semanticscholar.org/d0c8/e924663337116fe80fe884f5c9284dbb7d82.pdf
Grotelüschen,F。2019。“ ErsatzfürTreibhausgas SF6 dringend gesucht”。Deutschlandfunk。可用网址:https : //www.deutschlandfunk.de/hochspannungstechnik-ersatz-fuer-treibhausgas-sf6-dringend.676.de.html?dram : article_id=463800
Lamperti,F.,Napoletano,M.和Roventini,A.2016。“预防环境灾难:基于市场的政策与命令与控制政策”。ISI增长。可用网址:https : //papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=2709577
Lybecker,KM和Lohse,S.,2015年。“绿色技术的创新与扩散:知识产权的作用和其他促成因素”。WIPO。可在以下网址获取:https : //www3.wipo.int/wipogreen/docs/en/globalchallengesreport_lybecker_lohse.pdf
McGrath,M.2019。“气候变化:电气行业的“肮脏秘密”助长了变暖”。英国广播公司。可用网址:https : //www.bbc.com/news/science-environment-49567197
Negro,SO,Alkemade,F。和Hekkert,MP,2012。“为什么可再生能源扩散如此缓慢?审查创新系统问题”。可再生能源与可持续能源评论(16)。可在以下网址获取:https : //www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032112002262
AH,鲍威尔,2002年。“六氟化硫使用的环境方面”。时代科技有限公司。可在以下网址获得:http : //www.greenswitching.com/library_files/2_1_1270551742_Environmental%20aspects%20of%20the%20use_ERA_2002-0002.pdf
Sachs,NS2012。“我们可以规范提高能源效率的方式吗?产品标准作为气候政策”。里士满法学院。可在以下网址获得:https : //scholarship.richmond.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1059&context=law-faculty-publications
世界经济论坛(WEF)。2018年。“白皮书–加速可持续能源创新”。WEC /毕马威。可在以下网址获得:http : //www3.weforum.org/docs/Accelerating_sustainable_energy_innovation_2018.pdf
Xiao,S.,Zhang X.,Tang J.,and Liu S.2018.“SF6替代气体及CF3I气体的研究现状综述”。能源报告(4)。可在以下网址获得:https : //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484717301178