美国气候变化技术项目（CCTP）战略计划

气象软科学2006年第4期-148-美国气候变化技术项目（CCTP）战略计划∗董章杭贾朋群译校（中国气象局培训中心，北京100081）2002年2月，布什总统重组了协调和指导美国气候变化研究和发展的高层管理机构。在新的结构下，气候变化科学和气候相关技术研究项目以前所未有的程度进行综合。由美国商务部牵头的气候变化科学项目（CCSP），是为了减少气候科学的不确定性，科学开发资源，进而支持决策而成立的。由美国能源部牵头的气候变化技术项目（CCTP），作为气候变化科学项目的配套机构，是为了协调联邦政府与气候相关的技术研发组合项目（R&D）而成立的。该项目2006财年获资助金额近30亿美元。CCTP的《研究及目前行动》和《近期和长期技术选择》两份报告，详细描述并向公众介绍了一系列具有温室气体减排潜力的技术。本战略计划旨在给出制定长期计划的背景，其中考虑了许多不确定性，指明并对比了先进技术的机遇和挑战。该计划及其简本《战略规划远景和框架》，为通过技术战略和投资标准确定优先权提供了依据。该计划受内阁层次的气候变化科学技术综合委员会（CCCSTI）及各部委代表组成的跨机构工作组的指导（图1）。该计划是在CCTP副主管RobertMarlay博士的指导下，由跨机构小组编制的，包含了不同学科领域的众多政府专家的贡献。没有他们的努力，该计划是不可能完成的。另外，自2005年9月初稿公示以来所收到的几百条意见，使该计划受益匪浅。我们对所收到意见的数量和质量表示满意，这也反映了该项目的重要性。我们采纳了许多意见，但即使那些没有被采纳的意见对我们的观点也具有挑战性，这些意见使∗本文摘译了2006年9月发布的CCTP战略计划的部分重要信息（原文见，或本刊网站）。它山之石-149-该计划更具说服力。我们向那些花费时间提供评论意见的个人和组织表示感谢。该计划总是要向前推进的，希望在该计划修订时，能包含公众的参与。（序，StephenD.Eule，CCTP主管）第1章引言随着人类对能源和自然资源使用方式的变革，21世纪世界经济和社会发展将发生实质性的变化。20世纪人类见证了在物质生产和服务、为家庭和建筑物供电、交通和货运方面的技术创新。这些创新对美国及其它许多国家当前的繁荣做出了重要贡献。进一步的创新对世界各国未来的繁荣和对环境和地球气候的合理管理将同样重要。作为联合国气候变化框架公约（UNFCCC）的成员国，美国与其它许多国家共同为UNFCCC的昀终目标负责。为达到这个目标，需要各国几代人持续、长期的共同努力。尽管人类对气候变化的科学理解仍在发展，但地球大气中CO2和其它温室气体（GHG）的持续积累，增强了人类对源于人类活动的温室气体排放和各种减排措施的气候变化科学和技术综合委员会（CCCSTI）国务卿农业部长环保署署长白宫管理与预算局局长NEC主管国家航空航天局局长内务部长卫生和福利部部长交通部长国防部长改善环境质量委员会主席自然科学基金会主任气候变化科学和技术综合工作组DS/US层次成员CEO，DOD，DOI，DOS，DOT，EPA，HHS，NASA，NEC，NSF，OMB，USDA气候变化科学项目（CCSP）成员DOC，DOD，DOE，DOI，DOS，DOT，EPA，HHSNASA，NSF，Smithsonian，USAID，USDA气候变化技术项目（CCTP）成员DOC，DOD，DOE，DOI，DOS，DOT，EPA，HHSNASA，NSF，USAID，USDA图1内阁层次的气候变化科学和技术综合委员会总统办公室气候变化政策和项目检验NSC，DPC，NEC气象软科学2006年第4期-150-重视。大多长期的预测分析表明，下个世纪源于人类活动的温室气体排放将显著增加，其主要因素有全球人口增加，经济扩张，现有能源使用方式和趋势的持续（燃烧和化石燃料），土地利用，以及工农业生产等。能源获取是温室气体的昀大排放源，目前人类活动排放的温室气体中80%以上与能源使用有关。2004年国际能源署（IEA）估计，有16亿人无法用上电。各国政府正努力确保其国民的能源供应以促进其经济发展。因此，现实的气候变化政策必须要考虑到这些合理的利害关系。事实上，应对挑战的昀有效方法不是单纯地关注温室气体排放，而是将促进经济发展、提供能源保障、减轻污染和减少温室气体排放全面考虑。美国气候变化政策正是基于这样一种背景而制定的。相应地，美国重视科学和技术在气候变化中的基础作用，2001年以来这方面的投资已达250亿美元以上。美国已经建立并实施了有力、灵活的气候变化政策，该政策利用市场功能和技术创新，运用昀佳科学手段，保证经济增长，鼓励全球参与。其主要做法包括，实施减缓温室气体排放的政策措施，推进气候变化科学研究，加快技术发展和推动国际合作。在国际范围内，政府部门坚信设计良好的多边合作能够加速新技术的发展和商品化。美国已经联合了一些主要国家共同应对能源问题的严峻挑战。这些在氢、碳封存、核能、沼气利用以及聚变能领域的多边合作，代表了美国气候变化技术研究计划的核心。这些合作涉及一系列附带能源问题，如能源安全、气候变化和环境管理。支撑UNFCCC目标的综合方法，为长期规划创造了条件，在这种环境下本计划得以制定。21世纪，通过技术革新以减少、消除、捕获或隔离温室气体排放，在面向气候变化目标的进程中将取得重大进展，同时继续提供维持经济增长所需的，与能源相关的服务或其它服务。该计划对美国在这些技术领域的近期或长期发展战略均进行了概述，该战略的实施将依靠美国的创新和技术实力。美国将致力于引领这些新技术的发展。该计划跨过一系列规划的不确定性，运用世纪尺度的眼光看待气候变化挑战的本质，探索解决问题的一系列技术手段。该计划阐述了运用新的先进技术解决气候变化问题的前景，阐明了支撑计划和相关任务，并为联邦机构在全面阐明相关技术研究、开发、示范和推广（R＆D组合项目，技术研发）时提供了战略方向。本计划建立了六大战略目标，七种核心方法，并确定了一系列进一步实施的方向。第2章前景，任务，目标和方法气候变化技术项目是跨部门的项目和活动，由美国能源部（DOE）主管，DOE组织并支撑联邦政府的联合研发项目组合。它山之石-151-CCTP于2002年在CCCSTI的领导下建立，并随后在2005年能源政策法中得到确认。远景和任务CCTP的远景目标是：与其它部门合作，形成这样一种技术能力，即在全球范围内提供丰富、清洁、安全、经济的能源和其它服务，确保经济持续增长的同时，真正减少温室气体排放，缓解气候变化和温室气体浓度增加的风险。CCTP的任务是：通过对多部门的联邦气候变化技术研发项目和投资的协调和优化，激发并加强美国的科学和技术事业，与其它机构合作，加快发展和推动面向CCTP远景目标的技术的应用，为全球提供指引。六大战略目标1）通过能源终端利用和基础设施减少温室气体排放；2）通过电力、氢燃料、生物燃料和低碳燃料等能源补给减少排放；3）CO2捕获和封存；4）减少CO2以外的温室气体排放；5）提高温室气体度量和监控能力；6）发挥基础科学对技术发展的贡献。七种核心方法1）加强气候变化技术R＆D；2）加强基础研究的贡献作用；3）为合作伙伴关系创造契机；4）加强国际合作；5）支持尖端技术示范；6）确保未来可行性技术的人力；7）提供支撑技术政策。图注：a.宽柱表示在高限排条件下的贡献，窄柱表示特高限排和低限排条件之间的贡献变化；b.图中三种技术情景分析1、2、3分别为：1-封闭碳循环，2-新能源支撑，3-超出标准技术组合；c.图中横向标注：“EnergyEnd-Use”，能源终端利用，包括通过能源效率措施达到的减排；“EnergySupply”，能源补给，包括不进行CO2封存的情况下，由非化石能源补给技术达到的减排；“Sequestration”，封存，包括由化石性技术进行的碳捕获和储存，以及陆面封存；“OtherGreenhouseGases”,CO2以外的温室气体。图22000-2100年三种先进技术情景下温室气体减少、消除、捕获和封存累积贡献123111122223333气象软科学2006年第4期-152-第3章长期气候变化技术情景综合评估CCTP要形成战略计划并贯彻实施，形成能提升其远景目标和完成任务并加快向战略目标迈进的研发组合项目，需要一个通过多种模式和其它决策支持工具分析论证的长期规划背景。有助于形成研发组合项目的有用信息来源于对技术潜在贡献的评估，即技术的成功推进能使CCTP达到其战略目标。分析还有助于决定为减少温室气体排放及其费用所需要的技术实施条件。这样的评估非常复杂，必须考虑到许多不确定性，并包含对未来的大量假设。尤其是，旨在影响整个21世纪全球温室气体排放的战略计划必需考虑人口变化、区域经济发展变率、技术需求的区域间差异以及自然资源的可获得性。另外，温室气体减排的长期费用将在一定程度上依靠技术创新，而这些技术创新大多是未知的，或依靠在未来既能推动又能激发各种技术使用的其它因素。再者，气候科学固有的不确定性以及价值评判的复杂性，使得确定地球大气的温室气体浓度在什么水平才能满足NFCCC确定的气候变化稳定目标十分困难。运用各种模式进行情景分析是有用的工具，能协助在不确定的情况下进行规划。情景分析能够提供关于未来温室气体排放增长率的不同论点，通过对经济和人口因素、能源供应和需求、技术进步以及温室气体排放之间相互作用的系统和全面的解释，有助于预估潜在挑战的范围；情景分析还能研究所提出的各种方案能使温室气体减排达到怎样的水平。为探索这些课题，许多研究组织，高校团队，政府部门，以及其它组织已经开展了情景分析。本章主要回顾和综合这些成果，以便在不确定性的背景下，对技术挑战的尺度、各种先进技术对温室气体减排或消除的潜在贡献、技术推广的时机以及相关经济效益进行预测。这些预测将用于指导CCTP形成有效的气候变化技术战略和相关R＆D技术组合项目（图2）。第4章通过能源终端利用和基础设施减排通过能源终端利用和基础设施等先进技术推动温室气体特别是CO2减排加速，被认为潜力巨大，与CCTP技术战略其它方法相当甚至更有效。全球能源生产力（用单位能源输入的经济产出来衡量）在历史上呈稳定增长趋势，1971-2004年间平均每年提高0.9%（IEA，2004）。这种提高的重要原因之一是高效能源的使用和老式、低能效原料的被替代。另一个原因是，过去几十年间，在越来越多的国家尤其是工业化国家，能源生产力成为衡量经济输出的指标之一。已经公布的21世纪CO2排放情景表明，它山之石-153-人口和经济增长的驱动使得对能源服务的需求增加，导致了CO2排放的增加。同样的，几乎所有探求未来减排途径的情景都表明，能源终端利用是减排的重要手段。在美国，针对CO2排放的昀大终端利用领域是：建筑物中电和燃料的使用；交通运输燃料；工业上电和燃料的使用；少数与燃烧无关的工业生产（表1）。近期中期长期交通运输z混合动力和混合电力车z清洁柴油机车辆z替代和柔性燃料汽车（FFV）z改进的电池、能源储存z电力电子学z工程化城市设计z减少车辆行驶里程（VMT）z改进的空中作业z燃料电池车辆和氢燃料z高效、清洁的重型卡车z纤维素乙醇车辆z智能交通系统z综合区域规划z低排放航空器z城际交通系统z零排放车辆系统z优化的城际交通和货运z城市设计与区域规划工程广泛应用z超低航空GHG排放建筑物z高性能、一体化住宅z能源高效的建筑材料z高效电器设备z阳光控制窗z智慧型建筑z半导体灯（固态发光）z超高效采暖通风与空调（HVACR）z智能建筑系统z神经网络建筑物控制系统z能源管理社区z低功耗无线传感器工业z能源集约型工业的发展z高效锅炉和燃烧系统z余热充分利用z副产品循环和充分利用z生物质原材料z能源集约型工业转换技术z碳和二氧化碳控制工业z超导电机z高效热电系统z先进分离技术z可行性低排放水泥z水资源和能源优化系统z工业热电结合工艺z高效、纯电制造业z生物原料广泛利用z闭循环产品和材料电网和基础设施z分布式发电技术z智能调峰测量