2018年4月28日 星期六

美植物演化學家建議:因應氣候變遷應發展「精準農業」

發表日期 2018/04/27


氣候變遷、生物多樣性流失是全球面對的嚴峻課題,在此條件下,農業生產一方面要對抗氣候變遷的挑戰,還需肩負起維繫生物多樣性的任務,才能達到永續的目標。芭芭拉‧沙爾(Barbara Schaal)是全球著名的植物演化生物學家,也是聖路易斯華盛頓大學(Washington University in St. Louis)教授,在月前來台訪問時提到氣候變遷下的農糧生產及區域性糧食安全,他提出精準農業及都市農園的概念,以下是本報的訪談。
圖片來源:UK College of Agriculture, Food & Environment(CC BY-NC-ND 2.0)

問:為何要保護野外的原生植物?

沙爾:原生植物的保護很重要,國際間對原生植物有兩種不同的想法,其中之一,認為這是對的事情,我們有倫理道德的責任去保護原生植物,因此就該做;如果倫理道德仍不足以說服做這件事,就要提到原生植物的多種用途。
50年以前,藥品都來自於植物,很多潛在的糧食作物也都來自現在這些原生植物,只是我們尚未充分研究,所以不了解其潛在用途;基於這個理由,我們有責任保護原生植物。此外,有些民眾喜歡親近大自然、野外,就因它帶來寧靜、祥和的感覺,具有休憩、療育的功能。

問:當氣候變遷成為不可逆的事實之際,該如何提升糧食安全?

沙爾:氣候變遷的影響,並非全球一致,有些地區的氣候變化可能比其他地方劇烈。氣候變遷同時帶來新的病蟲害。這種情況下,強調在不同的氣候環境下因地制宜,採取不同的因應之道,使用不同的品種。
因此採取精準農業(Precision agriculture)是必要而重要的。以黃豆種植為例,可針對當地的溫度、土壤情況,並透過遠距監測或感測方式,再加上累積大量的數據,精準的分析適合的品系。穀物這類糧食作物更是如此,對於不同穀物品種特性的掌握、氣象資料庫,都是精準農業的基礎、相當重要。
精準農業簡單的說,是指一片農地上的不同區塊,會因土壤、氣候變化等因素,而呈現細微差異;透過感測得知不同區塊的農地適宜種植的作物,並精準預測產量。透過事先的估算、精準投入,以獲致良好成效。因此,它需要眾多項目同時運作,諸如育種、感測土壤的溼度、工程技術、農機具,以及氣候感測等,才能達到效果。
精準農業強調作物多樣性,在一個土壤、氣候或水質等條件下,決定種植不同的作物。

問:在這個過程,生物多樣性或生態系服務功能又扮演怎樣的功能?

沙爾:遺憾的是,農業未必是友善生物多樣性的,畢竟我們是把自然的棲地改變成農地,必然有衝突;農地物種相對於自然棲地的種類也比較少。
過去我在提交相關報告給歐巴馬總統時,就特別強調要改善及提升生物系多樣性,包括在既有的農地當中盡量提升農產量,可以餵飽眾人,又不須擴大耕地面積。

問:台灣因為政治的關係,無法完全依賴中國,提升區域糧食自給率相形重要。美國如何兼顧糧食安全與農業生物多樣性?

沙爾:我們的食物來自農業,我們需要節約食物,減少生態足跡。台灣要提升區域糧食安全,就必須增加糧食作物種類。
至於兼顧生物多樣性的生產,美國正興起有機農業與有機食品風潮是個例子,也因有機產品獲利較高,而吸引人投入。而工業化農業,例如大面積的玉米田,雖對保育生物多樣性作為比較少,但若不靠工業化農業生產,很難餵飽眾多人口;有機農業相對難以滿足大量需求。
另外,玉米、小麥這類大面積種植的作物,都是一年生植物,但是多年生植物可以促進生物多樣性、是另一個推廣的方向,而且多年生植物如草類,未來都可以作為生質燃料使用,或食品使用。
至於區域性糧食安全,越來越多城市倡議都市農園(Urban Garden),透過社區參與,利用空下來的建地耕種,產量比我們想像的高。不過,在成為農地之前,這些土地必須通過檢測,確定沒有汙染,才能確保食品安全。
另一方面,都市農園或多年生植物未必能促進生物多樣性,例如植物多樣性,卻能帶動周邊效益,例如,吸引授粉動物前來,改善當地的空氣品質等等,這些都是周邊效應,而非直接來自作物行為。過程中,這些作物也能增加土壤的有機質、微生物。
過去很多視都市為糧食沙漠,很難獲得新鮮的蔬果、作物和食品;透過這些都市農園則可縮短農田到餐桌上的距離,對很多人還可以增加營養。

心得:
對於精準化農業這個新名詞相信很多人都是首度聽到,身在這個土地嚴重不足人口大爆發的世代,人類能選擇的便是把土地開法到了沙漠地帶或者雨林。比起過往的摧殘雨林的經濟農業或者營造甚至是造紙,沙漠上種點作物也是相當新穎的想法,必敬能有叫利用蠻荒之地,同時減少了過去影響土地原貌甚至是生物棲息地的問題。不過在沙漠地造田不僅耗費能源和人力,同樣的也耗費大量經費。不過或許能成為簡絕梁時短缺的問題。不過同樣也考慮到了當地的生態是否會有重大改變。在經濟盒便利之間依舊需要取得平衡才是。


系級:工二A
姓名:陳宥蓉
學號:05116159
時隔兩年體檢綠島珊瑚礁
仍見莫蘭蒂颱風侵襲效應
2018/04/27環境資訊中心 上稿編輯: 林育朱

由台灣環境資訊協會所主辦的珊瑚礁體檢已於4月中展開,並於4月22-23日前往了頗負盛名的潛水勝地-綠島進行調查,由14名潛水志工一起協助完成三個潛點的調查。此次調查團隊挑選柴口、石朗以及大白沙進行,調查發現活珊瑚覆蓋率在一般到優良之間,並且記錄到不少指標性魚類及不少魔鬼海膽個體。
綠島底質覆蓋率。(林育朱製圖)
底質調查結果顯示,三處的活珊瑚覆蓋率介於26.9~65.6%之間,石朗10米處最低,柴口5米處最高,柴口5米及10米、大白沙10米的活珊瑚覆蓋率超過50%,屬於國際標準「優良」等級,其他穿越線則落在25~50%,屬於「一般」。
對比2016年時調查結果,調查地點也同樣是這三處,大白沙5米及10米、石朗10米的活珊瑚覆蓋率明顯下降許多(大白沙5米處由79.4%變為28.1%;大白沙10米處81.9%變58.8%;石朗10米處由58.8%變為26.9%),在與當地業者或教練討論後,推測可能因為2016年9月時莫蘭蒂颱風所致。
當年莫蘭蒂颱風來襲時,造成綠島有名的大香菇倒塌,位於南邊的大白沙及西邊的石朗也處於迎風面上,可能因此造成這三條穿越線的活珊瑚覆蓋率明顯下滑。而未來是否還有機會復原,則還需要持續調查才知。
大白沙觀察到裸胸鯙。(林育朱攝)
指標性魚類部分,則都有觀察到蝶魚,族群密度在每100平方公尺0.75~5.5隻,大白沙5米處最低,柴口10米處則最高。鸚哥魚僅有大白沙5米處沒有記錄到,族群密度在每100平方公尺0.5~5.25隻,最低是柴口5米,最高為石朗10米。其他則還有零星記錄到石鱸、笛鯛和裸胸鯙。柴口和石朗屬於保護區範圍,禁止採捕魚類,並且又是當地熱門的浮潛景點,常有餵食行為,因此吸引不少魚群聚集。
無脊椎動物部分,都有記錄到硨磲貝,族群密度為每100平方公尺0.25~2隻,最低是柴口10米,最高是柴口5米。由於2014年起台東縣政府已經公告綠島全島沿岸潮間帶及自平均低潮線向外海延伸200公尺小於15公分的硨磲貝禁止採捕,因此近年來調查時多半都能觀察到硨磲貝。「柴口分區」、「石朗分區」及「龜灣分區」,則是任何大小的硨磲貝都禁止採捕,因此較能記錄到大於15公分的硨磲貝個體。
此外,魔鬼海膽的部分,族群密度為每100平方公尺0.25~81隻,地點之間數量差距非常大,最低的是柴口,而石朗、大白沙都可記錄到數十隻。究竟魔鬼海膽是數量突然增多,抑或者是因為缺少了軟珊瑚的遮蔽,使志工更容易觀察到,由於缺乏2017年的調查數據,因此也只能持續觀察才能得知。其他無脊椎動物則還有零星觀察到清潔蝦、龍蝦、棘冠海星。
此次參與的志工包含了長期支持的在地業者藍莎潛水,連續第9年派員參與,也有許多第一次參與的外地志工,從四面八方聚集在綠島,覺得調查的過程是個十分有趣的體驗。
志工表示,透過實際操作可以了解更多海洋的樣貌,以及如何利用這些數據來觀察一個地區長期的變化,好讓業者或是遊客可以做出對當地環境更有利的決定。在調查結果報告時氣氛也非常熱絡,多數的外地志工來綠島潛水的同時都非常關心綠島的生態情況,在業者與潛客的共同努力之下,可以讓更多人了解海洋保育的重要性。
心得:
因為家在台東的關係所以比較會注意到關於綠島的消息,一直都想去潛水看看美麗的珊瑚礁生態但都還未實現過,很期待未來能一探究竟的機會。看完這篇報導我了解到不只有人為因素會破壞到海洋生態,大自然的災害也可能會使珊瑚礁遭受破壞,但這又讓我聯想到現今有很多天然災害是因為氣候異常變得更加劇,所以說生活在地球上的每個生物都應該要為環境負起責任,還沒發生的趕緊預防,已經發生的趕快做補救。


聯手抗塑膠污染,英 42 企業簽減塑契約

系級:工一A
學號:06116137
姓名:林謐
 中央社  2018  04  27 
  馬莎百貨、寶僑和可口可樂等零售和日用品大企業,26 日聯同其他39 家英國企業簽署承諾消除不必要塑膠包裝的契約,以推動反污染。他們並希望掀起全球響應。
  法新社報導,由於塑膠污染問題益發令人擔憂,尤其在海洋的污染,因此馬莎百貨(Marks & Spencer)、寶鹼(Procter & Gamble)和可口可樂(Coca-Cola)等42 家企業簽署「英國塑膠契約」(UK Plastics Pact)。他們合計占英國塑膠包裝市場的80%
  這份契約的目標是未來年內透過一連串措施,試圖解決塑膠污染問題。這些措施包括減少一次性塑膠包裝、讓所有塑膠包裝可重覆使用或回收,以及規定所有塑膠包裝必須含30% 可回收材料。
  帶頭推動計畫的環保團體「廢棄物及資源行動計畫」(WRAP)負責人高佛(Marcus Gover)表示:「這需要整個塑膠系統的大改變,唯有讓所有環節的分子共同承諾採取行動,才能夠達成。」
  他還說:「這是『英國塑膠契約』獨特之處。它讓所有個人、企業和團體在共同意願上合作,願意為解決塑膠污染問題採取行動。我們將不會有比現在更適合行動的時機,而眾志成城。」
譯者:張正芊)
  心得:身為一個一直在努力減塑的人,看到這個新聞十分開心,尤其看到簽契約的是這些大公司,他們明明可以照舊生產,較為輕鬆也能持續獲利,卻也為了地球而盡一份心意,實為難得。
減塑當然得由個人開始,但若企業這樣有影響性的大團體起頭,想必會有更多人加入努力的行列,或是由他們的產品開始改變,那購買的人也等同於同時在盡一份力了,地球是所有人類共同生存、消耗、使用的地方,必得由人類肩負起照顧它的責任。

2018年4月26日 星期四

公聽會論戰深澳電廠必要性 學者批又貴又髒、悖離能源轉型

系級:英三B
姓名:曾雅勤
學號:04121283

公聽會論戰深澳電廠必要性 學者批又貴又髒、悖離能源轉型

發表日期 2018/04/26 環境資訊中心 上稿編輯: 彭瑞祥












立院經濟委員會26日舉行公聽會,針對台電日前以「南電北送」缺口論證深澳電廠必要性,台大風險中心研究員趙家緯指出,經濟部特意把新竹也算入北部,才造成誤導,否則北部發電量分明大於供電量,因此沒有深澳電廠,北部供電也將會趨向平衡。

趙家緯批深澳電廠又貴又髒,與能源轉行政策相悖,更注定無法回本。投入地熱發展的台灣環保聯盟教授高成炎建議,深澳電廠不如棄燃煤改採「地熱BOT」來解套,同時解決缺電與環保爭議。不過也有產業界看衰綠能發展,工總業務處處長陳鴻文認為綠能2025年來不及取代核能,建議暫緩核能除役,待2025綠能確實達標再廢核,以確保供電無虞。

因應今年1月「電業法」將電業劃分為發電業、輸配電業及售電業,《能源管理法》修法正在啟動,內容包括調整能源基金、汽電共生設備、提高遵守能源管理法誘因等。而深澳電廠爭議引發能源政策討論,經濟委員會26日上午為此舉辦公聽會,從修法的角度探討深澳電廠必要性。

經濟部23日召開記者會提出北部用電量多過發電量134億度,強調北部供電有缺口。對此,趙家緯指出,這個說法是用尖峰負載為分析基礎,卻不是以全年用電量;再者,台電過去的北部供電分區是以新竹鳳山溪、花蓮清水斷崖為界,並不含新竹縣市。
趙家緯表示,若不算新竹縣市、尤其是排除高耗電的竹科,北部地區的發電量實際上是高於用電量。而且,即便不積極節能、尖峰用電的年均成長率設定為1.2%,估算起來,就算沒有深澳電廠,2025年備用容量率仍有14.9%,跟官方強調法定的15%,只差了0.1%;而若在積極節能、尖峰用電需求成長抑制在0.5%的情境下,沒有深澳,備用容量率更可達20%。

趙家緯指出,2018年至2025年之間,北口、大潭、國光、協和四座電廠將增加最大發電能力達289萬瓩,而且還有都會區屋頂光電、桃園離岸風力、地熱等,北部最大可以增加供電能力344萬瓩,高於核一二廠除役的318萬瓩,但若完全沒有積極節電,任由用電需求持續增加,最極端的狀況,在2025年將需要從中南部北送25萬瓩。

綠色公民行動聯盟研究員吳澄澄指出,蓋電廠以外當然還有其他選擇,例如韓國首爾的「減掉一座核電廠」節能計畫前例就在眼前,台灣可以從抑制尖峰「削峰填谷」、推動節能、改善電網韌性、加強推動太陽光電來取代深澳電廠。

「深澳無法讓2025電力系統更穩定」,吳澄澄指出,由於對空污的關注,可預估未來燃煤電廠的運作勢必面臨更多限制,而且2025以後再生能源佔比提高,需要的會是能符合彈性調度的電廠。

趙家緯質疑深澳電廠將會是一個「又貴又髒」且違背能源政策的選擇,他預估,2025年興建完成後,深澳電廠的發電成本約是每度1.83元,但隨著溫管法罰款、碳交易等加重,未來可能提高到3.5元,最快也要2049年才能回本。且未來面臨空污管制、燃煤電廠佔比限制,巴黎協定2040年就要開始減煤等,屆時有了深澳電廠反而惡化電網調度彈性,而且還不利電價穩定。

高成炎認為,深澳電廠必須是零空污、零碳排,地熱是首選,次之則是生質能源。高成炎則認為,要解套深澳爭議,就由協和及深澳兩電廠結合,規劃為1.7GW的地熱電廠,然後比照離岸風機發展,開放民間業者遴選。他預估,這個地熱電廠可以提供136億電,正好可以打平經濟部說的北部缺電134億度。深澳鄰近大屯火山群、外海的基隆嶼也是火山島的地熱資源,海洋大學王守誠團隊已經展開調查,預估2千公尺內應該有溫度200℃的破碎帶,鑽到這個破碎帶,就能有溫度與流量可以使用。


不過,工總表達產業界希望供電無虞、擔憂缺電的意見,在產業將繼續發展的狀況下,不能備轉不足。陳鴻文直言綠能在2025年達成20%的佔比「不太可能」,因此建議建議暫緩核能除役,待2025綠能確實達標再廢核,以確保供電無虞。

核能流言終結者創辦人黃士修表示,他不反對燃煤,但是深澳電廠爭議多,「有核四就不用深澳」,黃士修呼應環保署長李應元的公投決定說,進一步建議舉辦公投「核四、深澳二選一」,他修強調目前陸續有媒體的民意調查呈現擁核聲音正在提高,「反核不是全民共識,那是福島核災後反核團體散佈恐懼。」。

2018年4月25日 星期三

很困難,但有可能嗎? 2100年暖化1.5°C內的新途徑

班級:社二B
姓名:楊永楨
學號:05115226



很困難,但有可能嗎? 2100年暖化1.5°C內的新途徑

2018/04/25   摘譯自Carbon Brief報導;姜唯編譯;趙家緯審校

2015年巴黎氣候協議中,幾乎所有國家都承諾,要將全球暖化控制在「保持全球均溫較前工業化時代的升幅遠低於2℃」,並「努力將溫度升幅限制在1.5℃內」。
然而,當時科學家們只能模擬能源系統和碳減排途徑如何實現2℃目標。很少有研究探討世界如何限制升溫於1.5℃內。
現在一篇刊登於《自然氣候變遷》的論文介紹了一種新模擬方法,運用六種不同的「整合性評估模型」(integrated assessment model,IAM)將2100年全球升溫限制1.5℃以下。
結果顯示,如果全球碳排放量在未來幾年達到高峰,並且在本世紀下半葉運用碳捕集與封存生物能源(BECCS)技術從大氣中吸收大量碳排,1.5℃是可以實現的。

COP21 環團要求升溫限制在1.5度
COP21 環團要求升溫限制在1.5度。圖片來源:Takver(CC BY-SA 2.0)

定義1.5C目標

抑制升溫於1.5℃以內目標面臨的一個挑戰是,巴黎協定條文並未明確定義之。例如,科學家們對工業化前的溫度究竟是多高、何為最適定義,以及使用什麼資料集持不同意見。
到底目標是2100年有50%的機會達到升溫1.5℃以內就好,或是更努力避免達到升溫1.5℃,也沒有明確的共識。因為氣候敏感度存在高度不確定性,也就是每增加一倍的二氧化碳排放量,暖化幅度可能達到1.5℃至4.5℃之間,科學家往往以最壞情況,也就是氣候敏感度達到最高的情況來模擬。
在2℃目標的情況下,巴黎協定中的「遠低於」被解釋為確保超過2℃的概率不超過33%,也就是說有66%的可能性低於該目標。但是1.5℃目標可以被解釋為保持低於1.5℃的概率為50%,或是與2℃目標類似的66%。這聽起來差別似乎不大,但其實影響碳預算和達標難易度甚鉅。
在新論文中,23位能源研究人員組成的團隊選擇更嚴謹的解釋,目標是在2100年避免暖化超過1.5℃的可能性為66%。然而,他們允許在整個過程中升溫可以超過1.5℃,只要在2100年前回落到1.5℃以下,即所謂的「超越限度」(overshoot)情景。

只有某些途徑可能達到升溫1.5℃內

為評估將升溫1.5℃的可行途徑,研究人員使用為預計於2021年初出版的IPCC第六次評估報告所研發的共享社會經濟途徑(Shared Socioeconomic Pathways,SSPs)。提出五種未來世界可能的樣貌,在人口、經濟增長、能源需求、社會平等和其他因素方面都存在差異。
每一種世界都可能有多種不同的氣候軌跡,某些比較容易減排,某些比較難。避免2100年暖化超過1.5℃的新氣候軌跡被稱為 「代表性濃度途徑1.9」(Representative Concentration Pathway,簡稱RCP1.9),這個情境下,溫室氣體引起的輻射強度限制在每平方米比工業前水平高1.9瓦(W/m2)以內,低於過去氣候建模者使用的RCP2.6到8.5W/m2。
六個IAM都可以在SSP1中找到可行的1.5℃情境,可以說SSP1是注重「包容性和永續發展」的途徑。六個模型中的四個模型可在SSP2中實現,SSP2屬中間路線,主要遵循歷史模式。在SSP3中沒有模型可以實現1.5℃目標,這是一個「國際競爭」和「復興民族主義」的世界,沒有太多國際合作。
最後,只有一個模型在SSP4中可能實現1.5℃目標,這是一個「高度不平等」的世界,有兩個模型在SSP5這個「快速經濟增長」和「能源密集型生活方式」的世界中具有可行的途徑。

排放量必須盡快達到峰值

要將暖化限制在1.5℃以下,研究人員檢視的所有模型都要求全球排放量必須在2020年達到峰值,此後急劇下降。2050年後,全世界必須將二氧化碳淨排放量減少至零,並且在整個21世紀下半葉,排放量必須保持趨負。
即使在這些迅速減排的情況下,到2040年,所有情境仍會超過1.5℃的升溫幅度,到2100年降至工業化前水平以上1.3-1.4℃左右。更快速減排的模型——通常是SSP1相關模型——溫度超過限度的幅度比漸進式模型小。
下圖顯示了所有1.5℃模型的CO2排放量(上)和工業化前水準以上的暖化幅度(下)。線條顏色顯示不同的SSP。
在羅傑等人2018年研究中,所有RCP1.9 / 1.5℃情境中的二氧化碳排放量,單位為10億噸(Gt)CO2(上)和相對於工業化前(下)的全球平均地表溫度。資料來自IIASA SSP資料庫。圖表為Carbon Brief用Highcharts製作。

這些模型顯示了從2018年到2100年剩餘的1.5℃「碳預算」,介於-1750到4000億噸二氧化碳(GtCO2)之間。這個範圍與IPCC第五次評估報告的估計一致。
這個範圍之所以很廣,是非二氧化碳溫室氣體(如甲烷和一氧化二氮)排放量的差異造成。到了2100年,這些溫室氣體的排放量在不同模型間差異可達二至三倍。一些非二氧化碳排放量較高的模型剩餘碳預算小於零,世紀末需要從大氣中移除二氧化碳。在這些模擬中,1.5℃的碳預算已經用完。
整合所有模型的估計結果是,2018-2100年1.5℃目標的剩餘碳預算約為2300億噸二氧化碳。按目前的排放速率,大約六年就耗盡,不同模型計算結果在0到11年之間。

用再生能源代替化石燃料

這份研究也探討了滿足全球能源需求,同時減少溫室氣體排放量以達到1.51.5℃目標的可能性。達到1.5℃目標需要全球迅速淘汰所有類型的化石燃料,或者至少淘汰沒有碳捕獲和封存(CCS)技術的化石燃料。同時還需要迅速提高使用零碳淨能源和淨負碳能源的使用,像是整合探捕獲和封存技術的生質能源(Bio-energy with carbon capture and storage,BECCS),同時實際從大氣中去除二氧化碳。
下圖顯示了所有1.5℃模型的再生能源(左),淨負BECCS(中間)和沒有CCS的煤(右)的使用。顏色是模型中的不同SSP。

renew-beccs-coal
所有RCP1.9 / 1.5℃情境下的全球主要能源使用狀況(艾焦),包括非生質再生能源(左)、BECCS(中)和無CCS(右)的燃煤。 改編自羅傑等人2018年研究的圖2。
在大多數模型中,整體能源使用量實際上在2018年至2100年之間增加了-22%至+83%,中間值是22%。
然而,模型也顯示能源效率在短期內相當重要,至少當化石燃料仍是能源大宗時相當重要。尤其在交通和建築部門,因其急速去碳化的困難度比電力部門高。
模型顯示2050年全球所有能源60-80%來自再生能源。有些模型顯示核電很重要,但有些模型則不然。
要限制升溫至1.5℃,2040年無碳捕獲的煤炭使用率要下降大約80%,到2060年,石油也要幾乎被淘汰。也就是說大部分汽油或柴油車輛在2060年之前得被淘汰,電動車與低碳替代燃料汽車變成大宗。未來天然氣的使用在模型中差異較大,本世紀中葉有些增加有些減少。

排放量必須趨負

本世紀下半葉必須達到負排放,從大氣中抽出過剩二氧化碳。因為模型中的排放無法快速下降至1.5℃的碳預算以下。大多數模型的排放量比本世紀的允許排放量多出50-200%。
這些模型假設從2030年到2040年間BECCS開始廣泛被採用,並迅速擴大規模。到2050年,許多模型的BECCS產量超過100艾焦(EJ),大致相當於今日煤炭提供的能量。到2100年,BECCS達到200EJ,而所有非生質再生能源達到300EJ。
下圖顯示了所有模型中CCS(包括BECCS和化石燃料)封存的二氧化碳量。碳捕獲在2020年之後開始增加,到本世紀末達到20 GtCO2或更高,約是2018年全球二氧化碳排放量的一半左右。

negative-emissions
所有RCP1.9 / 1.5℃情境中,各種SSP之下,每年二氧化碳捕獲和封存量,單位為千兆噸(Gt)。 改編自羅傑等人2018年研究的圖3。
模型預測今天至2100年間的全球森林覆蓋率變化介於-2%至26%,大多數模型顯示森林覆蓋率顯著增加。BECCS和造林都需要大量的土地。大多數模型顯示,全球農田縮減幅度大致等於整個歐盟目前用於農業的土地面積。
然而,研究中使用的大多數模型未考慮造林做為減排手段,因此造林和其他自然負排放技術未來可能發揮更大的作用。未來會用哪些負排放技術尚未確定,可能不像模型如此依賴BECCS,但由於成本和規模效益不確定,非BECCS方法大多被排除在模型之外。
同樣地,應用BECCS的程度在不同模型和不同SSP之間差異很大,SSP1要求最少的負排放,SSP5要求最多,因為其減排較慢,整體能源消耗較高。
本研究第一作者、奧地利國際應用系統分析研究所(IIASA)羅格里(Joeri Rogelj)博士告訴Carbon Brief:「這顯示著重限制能源需求的永續生活方式,可以大大減少對BECCS的依賴。」
1.5℃情境一個有趣的結果是,與2℃情境相比,化石燃料結合CCS的應用反而較少。這是因為具備CCS的化石燃料仍然會導致煤礦開採或天然氣處理產生甲烷排放,以及捕獲和洩漏不完全造成的二氧化碳排放。這些額外的排放量可能會變得太顯著,無法在1.5℃情境下大規模運用。

1.5℃比2℃更難以達到

除了探索達成1.5℃目標的條件之外,這份研究還將其與目前不同類別的2℃情境進行比較。下圖顯示了1.5℃和2℃情境的成本指標和減排指標差異。每個虛線表示達成1.5℃所需的成本或努力比2℃高100%。

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各種SSP中,1.5℃情境的成本和減排指標相對2℃情境的增加幅度。每條虛線代表成本或減排量增加100%,最高可增加到500%。 取自羅傑等人2018年研究的圖4。
碳價格漲幅最大,必須在200%至400%之間,而近期成本則要高出200%至300%以上。短期成本的增加是短期內更激烈減排所導致。長期成本預計也會高出約200%。
對於二氧化碳減排指標,1.5℃世界需要在建築和交通方面減少二到三倍的二氧化碳排放量。這些產業比發電更難以除碳,因為它們涉及的化石燃料直接燃燒難以被取代

困難,但可能嗎?

這項研究中的新情境很重要,因為它們顯示,的確有可能的軌跡和技術發展途徑能讓2100年升溫1.5℃以下。然而,所有這些模型都顯示本世紀中葉升溫會超過1.5℃。此外,大多數模型中,本世紀稍後應用的負碳排技術效果未經證實,近期內是否真能藉此逐步減少排放量仍是個問號。
系級:心理一姓名:何柔漪 學號:06135047

New control strategy helps reap maximum power from wind farms
Date: April 23, 2018 
Source: University of Texas at Austin, Texas Advanced Computing Center
A team of researchers from The University of Texas at Dallas (UT Dallas) has developed a new way to extract more power from the wind. This approach has the potential to increase wind power generation significantly with a consequent increase in revenue. Numerical simulations performed at the Texas Advanced Computing Center (TACC) indicate potential increases of up to six to seven percent.
According to the researchers, a one percent improvement applied to all wind farms in the nation would generate the equivalent of $100 million in value. This new method, therefore, has the potential to generate $600 million in added wind power nationwide.
The team reported their findings in Wind Energy in December 2017 and Renewable Energy in December 2017.
In the branch of physics known as fluid dynamics, a common way to model turbulence is through large eddy simulations. Several years ago, Stefano Leonardi and his research team created models that can integrate physical behavior across a wide range of length scales -- from turbine rotors 100 meters long, to centimeters-thick tips of a blades -- and predict wind power with accuracy using supercomputers.
"We developed a code to mimic wind turbines, taking into account the interference between the wake of the tower and the nacelle [the cover that houses all of the generating components in a wind turbine] with the wake of the turbine rotor," said Leonardi, associate professor of mechanical engineering and an author on the Wind Energy paper, which was selected for the cover.
Beyond the range of length scales, modeling the variability of wind for a given region at a specific time is another challenge. To address this, the team integrated their code with the Weather Research and Forecasting Model (WRF), a leading weather prediction model developed at the National Center for Atmospheric Research.
"We can get the wind field from the North American Mesoscale Model on a coarse grid, use it as an input for five nested domains with progressively higher resolution and reproduce with high fidelity the power generation of a real wind farm," Leonardi said.
The growing power of computers allows Leonardi and his team to accurately model the wind field on a wind farm and the power production of each single turbine. Testing their model's results against data from a wind farm in North Texas, they saw a 90 percent agreement between their predictions and the turbine's efficiency. They will present their results at Torque 2018, a major wind energy research conference.
TAKING THE TURBULENCE OUT OF THE OPTIMIZATION CONTROL ALGORITHM
Wind doesn't simply flow smoothly in one direction. It contains turbulence and wakes which are magnified when turbines are grouped together as they are on a wind farm.
Wake interactions lead to losses of up to 20 percent of annual production, according to the U.S. Department of Energy. Understanding how turbulence impacts energy generation is important to adjust the behavior of the turbines in real-time to reap maximum power.
Using their modeling capabilities, they tested control algorithms that are used to manage the operation of dynamic systems at wind farms. This included the control algorithms known as extremum seeking control, a model-free way of getting the best performance out of dynamic systems when only limited knowledge of the system is known.
"Many thought it would not be possible to use this approach because of turbulence and the fact that it provides a situation where turbines are changing all the time," Leonardi said. "But we did a huge number of simulations to find out a way to filter turbulence out of the control scheme. This was the major challenge."
With extremum seeking control, the system increases and reduces the rotational speed of a spinning turbine blade, all the while measuring the power, and calculating the gradient. This is repeated until the controller finds the optimal operating speed.
"The important thing is that the control algorithm does not rely on a physics-based model," Leonardi said. "There are many uncertainties in a real wind farm, so you cannot model everything. The extremum seeking control can find the optimum no matter if there is erosion or icing on the blades. It's very robust and works despite uncertainties in the system."
SIMULATING THE WIND
To test their new approach, the team ran virtual wind experiments using supercomputers at the TACC, including Stampede2 and Lonestar5 -- two of the most powerful in the world. They were able to use these systems through the University of Texas Research Cyberinfrastructure (UTRC) initiative, which, since 2007, has provided researchers at any of the University of Texas System's 14 institutions access to TACC's resources, expertise and training.
Access to powerful supercomputers is important because wind turbines are expensive to build and operate and few wind research facilities are available to researchers.
"The benefits of using high performance computing to create a virtual platform for doing analyses of proposed solutions for wind energy are enormous," said Mario Rotea, professor of mechanical engineering at UT Dallas, and site director of the National Science Foundation-supported Wind-Energy Science, Technology and Research (WindSTAR) Industry-University Cooperative Research Center (IUCRC). "The more we can do with computers, the less we have to do with testing, which is a big part of the costs. This benefits the nation by lowering the cost of energy."
While the application of extremum seeking control to wind farms is yet to be field tested, the UT Dallas team already applied the method to a single turbine at the National Renewable Energy Laboratory (NREL).
"The NREL test gave us experimental data supporting the value of extremum seeking control for wind power maximization," said Rotea. "The experimental results show that extremum seeking control increases the power capture by 8-12% relative to a baseline controller."
Given the encouraging experimental and computational results, the UT Dallas team is planning an experimental campaign involving a cluster of turbines in a wind farm.
COLLABORATIONS AND NEXT STEPS
The development of the fluid dynamics model for wind turbines was part of an international collaboration between four U.S. institutions (Johns Hopkins University, UT Dallas, Texas Tech and Smith College) and three European institutions (Technical University of Denmark, École polytechnique fédérale de Lausanne and Katholieke Universiteit Leuven) funded by the National Science Foundation.
Through the WindSTAR center, they collaborate with nine leading wind energy companies and equipment manufacturers. These companies are interested in adopting or commercializing the work.
"The members of our center do not have access to a lot of horsepower in terms of HPC [high-performance computing]," said Rotea. "The computers at TACC are an asset for us and give us a competitive advantage over other groups. In terms of solving actual problems, we create control systems that they may incorporate, or they may use HPC to develop new tools for forecasting wind resources or determine if there are turbines that are not performing."
In addition to developing the new turbulence algorithms and control strategies, members of the WindSTAR team have introduced methods to predict accurate results on less-powerful computers (work that appeared in the March 2018 issue of Wind Energy) and to determine how closely to place turbines to maximize profits, depending on the cost of land (presented at the 2018 Wind Symposium).
The long-term effects of the work go beyond the theoretical.
"The research allows us to optimize wind energy power production and increase the penetration of renewable energy in the grid," Leonardi said. "There will be more power generated by the same machines because we understand more about the flow physics in a wind farm, and for the same land use and deployment, we can get more energy."


心得:
Wind power is the use of air flow through wind turbines to mechanically power generators for electric power. Wind power, as an alternative to burning fossil fuels, is plentiful, renewable, widely distributed, clean, produces no greenhouse gas emissions during operation, consumes no water, and uses little land. The net effects on the environment are far less problematic than those of nonrenewable power sources. It'd be phenomenal if it can be implemented widely, it'd create job and great economy as well as sustainable energy!