美国智库预测未来能源走向加快部署新能源技术

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时间：1900/1/1 0:00:00

节省的能源可以抵消同期能源消耗的增加。

美国最近发布了《技术与变革：美国能源的未来》报告，这是一份由美国能源部支持的技术报告。它研究了美国能源发展的优先领域、战略能源技术发展和相关政策，并评估了当前使用的技术以及未来二三十年一系列潜在技术的发展现状、成本、障碍和影响。本文对报告的主要内容进行了介绍和分析，这对我们了解美国当前的能源形势和未来趋势非常有帮助。

未来能源战略：应用新能源技术，确保持续创新

根据美国智库的说法，通过更积极的政策和激励措施，可以实现更多的节能。目前，大多数节能和增效技术都具有成本效益，在未来的能源选择中也可能保持竞争力。此外，提高能源效率的技术将继续出现。

充分利用现有的节能增效技术

《技术与变革：美国能源的未来》提出，通过加快在建筑、交通和工业部门推广现有节能增效技术，预计到2020年将节约15%的能源消耗，到2030年将节约30%的能源消耗，并且节省的能源可以抵消美国能源信息管理局估计的同期能源消耗的增加。建筑业占美国能源消耗的40%和电力消耗的73%，是节能增效潜力最大的行业。

事实上，到2030年，利用现有或新兴的建筑节能增效技术，即使预期消费需求增加，与美国能源信息署的情景计算相比，建筑部门的能源使用仍可以减少25%至30%。如果节省的能源不被其他部门增加的用电量所占用，就足以解决一系列问题，如在2030年前新建一座发电厂，或寻求更环保的电力资源替代，以平衡区域电力供应。

工业和运输部门也可以大大提高其能源效率。到2020年，与美国能源信息署预测的趋势相比，工业部门可以减少14%至22%的能源消耗。无论是电力生产还是废热回收，都可以与其他特定技术一起使用，以扩大现有系统的使用。在交通运输领域，到2020年，能源效率技术可能会使轻型汽车（汽车和越野车）超过每加仑35英里的平均燃油水平。与目前每加仑25英里的平均油耗相比，燃油经济性提高了40%，这可以抵消预期的燃油需求增长。插电式混合动力汽车和电池电动汽车的日益应用显然可以减少汽油的使用，但其市场成功的关键取决于电池性能的发展和比现有汽车更低的成本。此外，燃料电池汽车技术的改进可以为其在2035年至2050年的大规模应用铺平道路。预计到2020年，中型和重型汽车的能源消耗将减少10%至20%。增加货运铁路的使用也可以减少运输部门的能源消耗，因为它的能源效率是卡车运输的10倍。

未来的供电结构可能会发生变化。

在未来二三十年，特别是如果碳捕获和储存以及先进核能能够根据需要大规模部署和应用，那么将有许多选择来获得新的电力供应并改变电力供应结构。目前，燃烧化石燃料产生的电力超过了美国电力的70%，但未来二三十年，几种非传统的电力生产来源将明显改变供应结构。它们可以显著减少温室气体排放，但也可能增加电力成本。

1.可再生能源，如风能、太阳能、水能、地热能和生物能，将在未来的电力系统中发挥重要作用。据估计，到2020年，约有500万亿千瓦时的电力……

将每年提供，到2035年，这一数字将增加到1100万亿千瓦时（目前美国的总用电量约为每年4000万亿千瓦时）。

目前，常规水电占美国电力供应的6%，但由于环境限制，很难扩大。一般来说，太阳能发电在美国的潜力最大，其次是风能。除了相对较高的成本外，这两种技术的扩展也不受限制。预计2020年太阳能和风能提供的用电量将达到10%，2035年将达到20%。到2035年，可再生能源发电量可能超过燃煤发电或具有综合碳捕获和储存功能的核电。

2.通过对现有发电厂进行技术改造和设备改造，到2035年，碳捕获和储存一体化的燃煤发电每年可提供1200万亿千瓦时的电力，通过新建发电厂可达到1800万亿千瓦时。

目前，燃煤发电厂生产的电力占美国的一半，国内煤炭储量可以满足下个世纪急剧增长的电力需求。由于这些发电厂产生大量二氧化碳，除非能够实现碳捕获和储存，否则温室气体排放的控制将不可避免地限制燃煤发电厂的生产。碳捕获和储存技术将二氧化碳注入地下安全岩层，如油气藏、深层盐碱水层和深层煤层。现有的地质调查显示，主要燃煤电厂附近的地下岩石足以储存数十年的二氧化碳排放。利用碳捕获和储存来改造现有的燃煤发电可以减少50%的二氧化碳排放，而整合碳捕获和存储的新工厂最终可以减少90%的二氧化碳排放。尽管成本大幅增加，但到2035年，所有现有的燃煤电厂都有可能被具有综合碳捕获和储存功能的燃煤电厂所取代。

3.预计到2020年，核电每年将增加160万亿千瓦时的电力，到2035年将增加850万亿千瓦时。目前，核能提供了美国19%的电力消耗。升级现有发电厂和建造新的发电厂以提高产能，在增加电力生产份额方面具有巨大潜力，而且升级发电厂的成本不到新建发电厂成本的1/3。

4.到2035年，扩大天然气发电可以满足美国很大一部分电力需求。然而，随着电力需求的大幅增加，很难知道是否会有足够的天然气供应，价格具有竞争力，而这种扩张可能会使美国更加依赖进口，并导致二氧化碳排放量增加。

扩大和改造国家输配电系统。

电网的扩建和现代化将提高可靠性和安全性，适应负荷的增加和电力需求的变化，扩大能效技术的使用，使新能源技术的供应和有效性发挥成为可能，尤其是间歇性风能和太阳能。

目前，美国的电网运行技术已经过时，很容易因自然和人为原因而中断。更新电网所需的技术可以帮助消费者节约能源，改善运营商的信息管理，纳入可再生能源，并满足插电式混合动力汽车和电动汽车的要求。大约20年后，电网的扩建和现代化，即智能电网的建设就可以完成，预期的效益将远远超过改造的成本。完成电网的扩建和现代化将进一步降低运营成本，并更快地执行修订要求。两者合在一起的运营成本估计比仅扩建或现代化的成本低2500亿美元。然而，智能电网的建设成本高昂，还涉及许多政策问题，例如需要制定鼓励投资的法律法规。

石油将继续发挥不可或缺的作用。

在2020年之前，替代或减少石油使用的选择有限，但从长远来看，从2030年到2035年可能会有很大的变化，因此有必要减少运输部门的石油使用……

有目的地。

提高汽车能源效率。汽车节能技术现在可以应用了，而且新技术仍在不断涌现。汽车节能是在不久的将来减少石油使用的最佳选择。此外，一些替代燃料预计将在2020年后实现商业化。

开发将生物质和煤炭转化为液体燃料的技术。纤维素乙醇是石油的主要替代品，尽管纤维素能源作物的转化尚未在商业规模上得到证实。生物质是可再生的，但有限的土地和水资源将限制年产量。按照目前的农业生产能力，到2020年，每年可生产5亿吨干吨生物质。如果到那时纤维素乙醇已经商业化，那么它每天可以提供50万桶燃料，到2035年，每天可以提供170万桶燃料。这接近目前轻型汽车燃料消耗的20%。

为了每年供应5亿吨干吨生物质，政府不仅需要制定激励措施，鼓励农民种植纤维素能源作物，还需要政府为数百家转化厂和配套基础设施提供许可证。

煤制液体燃料技术已经在美国以外的地方得到应用和演示，尽管其转化过程产生的二氧化碳是石油的两倍。集成碳捕获和储存的液态煤燃料可达到300万桶/日的生产能力，可满足运输部门目前约25%的燃料消耗，但对减少二氧化碳排放几乎没有作用。此外，为了实现上述目标，有必要将煤炭产量比目前水平提高50%，这将导致增加额外的基础设施，包括煤矿、运输、煤制液体燃料厂以及碳捕获和储存系统。这不仅可能对环境产生一系列潜在影响，而且由于碳捕获和储存的成功商业化带来的煤炭消费量的持续增加，还会抬高煤炭价格。结合碳捕获和储存技术，生物质-煤混合液体燃料可以实现二氧化碳零排放。60%煤炭和40%生物质的混合液体燃料达到每天250万桶的生产能力，相当于美国运输部门燃料消耗的20%。

先进生物质转化技术的研发需要在生物工程和生物技术的基础研究上取得突破。

通过扩大插电式混合动力汽车、电池电动汽车和氢燃料电池汽车的应用，轻型汽车将实现电气化。这一转变需要发展先进的电池和燃料电池技术，以及电网现代化，以应对电力需求的增加。

电力行业有望减少温室气体排放。

报告认为，通过广泛应用能效技术，发展可再生能源、煤炭、天然气、生物质能和核能相结合，电力行业在未来20至30年内减少大量温室气体排放是可行的。

碳捕获和储存以及先进的核能对这一技术组合的决策尤为重要。因此，电力部门必须在未来10年内尽快启动并完成这两项关键技术的示范，以便在2020年左右大规模应用。

（1）对于使用煤炭和天然气发电的现有和新建发电厂，使用碳捕获和储存技术储存二氧化碳在技术和成本上是否能被市场接受，还有待验证。在2020年之前，这可能需要建造（新建或翻新）15至20座具有碳捕获和储存功能的示范发电厂，以验证各种燃料、技术和碳捕获和存储策略的可行性。关键是要证明碳捕获和储存可以在各种地质条件下以所需的规模安全应用。电力行业可能需要几十年的时间才能实现大幅减排。

（2）未来十年，将建造大约五座示范核电站，以验证先进核能能否在美国商业化。如果这些示范项目能够满足成本、进度和性能指标的要求，从2020年到2035年，每年可能新建三到五座发电厂。此扩展将g……

至少增加了美国能源供应的多样性，并通过在同一阶段整合碳捕获和储存以及可再生能源来弥补无法满足的电力需求。

美国核电发展的障碍主要面临高成本、可能的应用管理瓶颈和公众对安全的担忧。燃煤发电、先进核能发电、海上风力发电和集成碳捕获和储存的太阳能发电的电力成本可能大大超过当前的电力生产成本。此外，土地使用、用水以及潜在的健康和安全影响等问题可能会限制碳捕获和储存以及核能等一些技术的应用。

加快新能源技术的部署和应用。

在未来十年，公共和私营部门需要开展广泛的研究、开发和示范工作。由于新技术的应用包含许多不确定性，而且不同地区的条件和技术要求不同，对基础研究在创新链中的示范和推广的广泛组合支持可能比旨在决定和选择技术成败的单一支持更有效。未来十年，将推广高优先级示范技术，包括碳捕获和储存、先进核能、纤维素乙醇和先进轻型汽车；

高度优先的研发包括先进的电池和燃料电池、大规模电力负荷存储管理、地热发电和先进的太阳能光伏发电技术。

许多新兴能源供需技术的广泛应用遇到了障碍，包括基础设施缓慢、资源有限、潜在的高成本、高性能以及温室气体排放限制的不确定性。为了克服这些障碍，有必要制定相关的法律和政策，包括激励措施，如建立能效标准，支持可再生能源的发展，鼓励碳捕获和储存，以及示范和推广先进的核能和纤维素燃料技术。能够在性能、易用性和成本方面强烈吸引投资者、买家和用户的技术是市场可以接受的技术。对性能指标有明确要求的技术法规和标准可以刺激技术发展，有助于提高市场吸引力。报告指出，尽管这些新能源技术在未来二三十年是可行的，但在科技、政策边界和能源市场等领域仍存在许多不确定性。

（编辑：李燕郊）节省的能源可以抵消同期能源消耗的增加。

未来能源战略：应用新能源技术，确保持续创新

充分利用现有的节能增效技术

关于电池性能的发展和比现有车辆更低的成本。此外，燃料电池汽车技术的改进可以为其在2035年至2050年的大规模应用铺平道路。预计到2020年，中型和重型汽车的能源消耗将减少10%至20%。增加货运铁路的使用也可以减少运输部门的能源消耗，因为它的能源效率是卡车运输的10倍。

未来的供电结构可能会发生变化。

1.可再生能源，如风能、太阳能、水能、地热能和生物能，将在未来的电力系统中发挥重要作用。据估计，到2020年，每年将提供约500万亿千瓦时的电力，到2035年，这一数字将增至1100万亿千瓦时（美国目前的总用电量约为每年4000万亿千瓦时）。

扩大和改造国家输配电系统。

电网的扩建和现代化将提高可靠性和安全性，适应负荷的增加和电力需求的变化，扩大能效技术的使用，使新能源技术的供应成为可能……

充分发挥其有效性，特别是间歇性风能和太阳能。

石油将继续发挥不可或缺的作用。

在2020年之前，替代或减少石油使用的选择有限，但从长远来看，从2030年到2035年可能会有很大的变化，因此有必要有目的地减少运输部门的石油使用。

为了每年供应5亿吨干吨生物质，政府不仅需要制定激励措施，鼓励农民种植纤维素能源作物，还需要政府为数百家转化厂和配套基础设施提供许可证。