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美國加利福尼亞州一處鉆進平臺,。新華社/法新 |
美國智庫的觀點認(rèn)為,，通過更積極的政策和獎勵措施而達到更加節(jié)能是有可能的，節(jié)能增效的技術(shù)目前絕大多數(shù)具有成本效益,，并同樣可能對未來的能源選擇保持競爭力,，此外，提高能效的技術(shù)還將不斷涌現(xiàn)。
用好現(xiàn)有節(jié)能增效技術(shù)
《技術(shù)與變革：美國能源的未來》提出,，通過在建筑,、運輸和工業(yè)部門加快推廣現(xiàn)有節(jié)能增效的技術(shù)，預(yù)計到2020年能夠節(jié)省15%的能源消費,，到2030年能夠節(jié)省30%,，節(jié)省的能源可以抵消美國能源信息管理局預(yù)估的同期能源消費增加量。建筑行業(yè)占美國能源消費的40%和用電量的73%,，是節(jié)能增效潛力最大的行業(yè),。
事實上，到2030年,，利用現(xiàn)有或新興的建筑節(jié)能增效技術(shù),，即使預(yù)期消費需求有所增長，相比美國能源信息管理局的情景測算,，仍可降低建筑部門25%到30%的能源使用,。所節(jié)約的能源，假如不被其他部門所增加的用電量占用,，就足以解決為平衡區(qū)域供電而在2030年前建立新電廠或?qū)で蟓h(huán)境更加友好的電力資源替代等一系列問題,。
工業(yè)和交通運輸部門也可以大大提高其能源效率。到2020年,，與美國能源信息管理局預(yù)期的趨勢相比,，工業(yè)部門可以減少14%到22%的能耗。無論是電力生產(chǎn)還是余熱回收,，都可以同其他特定的工藝技術(shù)一起擴大現(xiàn)有系統(tǒng)的使用,。在交通運輸部門，到2020年,，能效技術(shù)可能會使輕型車輛(轎車和越野車)超過每加侖35英里的平均燃油水平,。相比目前每加侖25英里的平均燃油，燃油經(jīng)濟性提高了40%,，這種改善能夠抵消預(yù)計增加的燃油需求,。插件式混合動力電動汽車和電池電動汽車的應(yīng)用增加，可以明顯減少汽油的使用,，但其市場成功的關(guān)鍵還有賴于電池性能的發(fā)展和比現(xiàn)行車輛更低的成本,。此外，燃料電池汽車技術(shù)的改進可以為其在2035年至2050年期間大規(guī)模應(yīng)用鋪平道路,。中型和重型車輛,，預(yù)計到2020年也能減少10%到20%的能耗。增加貨運鐵路的使用也能減少交通運輸部門的能耗,，因為在能效方面它是卡車運輸?shù)?0倍,。
未來電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變
在未來二三十年,，特別是如能按需對碳捕獲和儲存以及先進核能進行規(guī)模化部署與應(yīng)用,，將有許多選擇途徑來獲得新的電力供應(yīng)并改變電力供應(yīng)結(jié)構(gòu),。目前，燃燒化石燃料生產(chǎn)的電力超過全美電量的70%,，但幾個非傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)來源在未來二三十年將明顯有可能改變供應(yīng)結(jié)構(gòu),。它們能夠顯著減少溫室氣體排放，但同時也可能增加用電成本,。
1,、可再生能源，如風(fēng)能,、太陽能,、水能、地?zé)崮芎蜕锬�,，在未來的電力系統(tǒng)中會發(fā)揮重要作用,，預(yù)計到2020年每年可以額外提供大約500萬億千瓦時的電力，到2035年,，這個數(shù)字則增加到1100萬億千瓦時(美國總耗電量目前大約每年4000萬億千瓦時),。
目前，常規(guī)水電占美國電力供應(yīng)的6%,，但受環(huán)境所限難以擴張,。總體而言,，太陽能發(fā)電在美國的潛力最大,，其次是風(fēng)能。除了成本相對較高,，技術(shù)層面兩者擴展都不受限制,。預(yù)計太陽能和風(fēng)能提供的用電量在2020年能達到10%，2035年達到20%,。到2035年,，可再生能源發(fā)電量可能會超過集成碳捕捉和儲存的煤電或核電。
2,、集成碳捕獲和儲存的燃煤發(fā)電,，通過對現(xiàn)有電廠的技術(shù)改造和設(shè)備翻新，到2035年可以提供每年高達1200萬億千瓦時的電力,，而通過建設(shè)新電廠則可以達到1800萬億千瓦時,。
目前,，燃煤電廠生產(chǎn)美國一半的電力,，國內(nèi)煤炭儲備能夠滿足未來一個多世紀(jì)大幅增長的用電需求,。由于這些電廠產(chǎn)生大量二氧化碳，因此除非能夠?qū)崿F(xiàn)碳捕獲和儲存,，否則對溫室氣體排放的控制必然會限制燃煤電廠的生產(chǎn),。碳捕獲和儲存技術(shù)將二氧化碳注入到地下安全的巖層，如石油和天然氣儲層,、深層的含鹽堿水層和深層的煤層�,，F(xiàn)有的地質(zhì)調(diào)查表明，主要燃煤廠附近的地下巖層足夠存放幾十年的二氧化碳排放,。運用碳捕獲和儲存改造現(xiàn)有的燃煤發(fā)電可以減少50%的二氧化碳排放,，而集成碳捕獲和儲存的新廠最終可減少90%的二氧化碳排放。盡管成本顯著增加,，但到2035年所有現(xiàn)有燃煤電廠被集成碳捕獲和儲存的煤電廠替代還是可能的,。
3、核電預(yù)計到2020年能夠每年增加160萬億千瓦時的電力,，到2035年則可以增加850萬億千瓦時,。目前核能提供全美用電量的19%，升級現(xiàn)有電廠和興建新電廠來提高生產(chǎn)能力,，從而增加電力生產(chǎn)份額的潛力還很大,，而升級電廠的成本還不到新建電廠成本的1/3。
4,、到2035年,，擴大天然氣發(fā)電可以滿足美國電力需求的很大一部分。不過,，隨著大幅提高的電力需求,，屆時是否有足夠的且具備競爭力價格的天然氣供應(yīng)還難以知曉，而這種擴大則可能使美國更加依賴進口和導(dǎo)致二氧化碳排放量的增加,。
擴建改造國家電力傳輸和分配系統(tǒng)
電網(wǎng)擴建及現(xiàn)代化將增強可靠性和安全性,，適應(yīng)負(fù)荷增長和電力需求的變化，擴大能源效率技術(shù)的使用,，使新能源的技術(shù)供給和效能發(fā)揮成為可能,，特別是間歇性的風(fēng)能和太陽能。
目前,，美國電網(wǎng)營運的技術(shù)已經(jīng)過時,，由于自然和人為的原因很容易中斷。而更新電網(wǎng)所需的技術(shù)可以幫助消費者節(jié)約能源,，提高運營商的信息管理,，并入可再生能源以及適應(yīng)插件式混合動力與電動汽車的要求。經(jīng)過大約20年,，電網(wǎng)的擴建和現(xiàn)代化即智能電網(wǎng)的建設(shè)可以全部完成,，預(yù)計帶來的收益將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過改造成本,。完成電網(wǎng)的擴建和現(xiàn)代化同時將進一步降低營運成本與更迅速地執(zhí)行修正要求。兩者一同操作的費用經(jīng)測算,，要比單獨擴建或現(xiàn)代化節(jié)省2500億美元,。然而，建設(shè)智能電網(wǎng)要付出很高的成本,，同時它還涉及許多政策問題,，比如需要制定鼓勵投資的法律和規(guī)章。
石油將繼續(xù)發(fā)揮不可或缺作用
在2020年之前,，石油替代或減少石油使用的選擇有限,，但從長期來看，在2030至2035年可能會出現(xiàn)較大變化,，因此要有目的的減少運輸部門的石油使用,。
提高汽車能效。汽車節(jié)能的技術(shù),，現(xiàn)在已可以應(yīng)用,，而且新技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)。汽車節(jié)能是近期減少石油使用的最佳選擇,，此外,，一些替代燃料在2020年后預(yù)計能夠商業(yè)化。
開發(fā)將生物質(zhì)和煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的技術(shù),。纖維素乙醇是一個主要的石油替代方案,，雖然纖維素能源作物的轉(zhuǎn)換還沒有商業(yè)規(guī)模的示范。生物質(zhì)是可再生的,，但有限的土地和水資源將限制年產(chǎn)量,。按當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，到2020年每年可以生產(chǎn)五億干噸(dry tons)生物質(zhì),。如果屆時纖維素乙醇已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn),，那么每天可以提供50萬桶燃料，到2035年,，每天可以提供170萬桶燃料,，接近目前輕型汽車燃料用量的20%。
為了達到每年供應(yīng)五億干噸生物質(zhì)的能力,，不僅需要政府制定鼓勵農(nóng)民種植纖維素能源作物的激勵措施,，還要求政府為數(shù)以百計的轉(zhuǎn)化廠和配套基礎(chǔ)設(shè)施提供許可。
煤制液體燃料技術(shù)在美國以外得到了應(yīng)用示范,，盡管其轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的二氧化碳是石油的兩倍,。集成碳捕獲和儲存的液體煤燃料達到每天300萬桶的生產(chǎn)能力，大約能滿足目前運輸部門燃料用量的25%,，但對減排二氧化碳幾乎沒有作用,。而且,，要達到上述指標(biāo)就需要增加比目前水平高50%的煤炭產(chǎn)量，這會導(dǎo)致增加額外的基礎(chǔ)設(shè)施,，包括煤炭開采、交通運輸,、煤制液體燃料廠與碳捕獲和儲存系統(tǒng),。這除了對環(huán)境產(chǎn)生一系列潛在的影響，還可能由于碳捕獲和儲存的成功商業(yè)化帶來的煤炭消費量持續(xù)增長而抬高煤炭價格,。結(jié)合碳捕獲和儲存技術(shù)的生物質(zhì)煤混合液體燃料可以達到二氧化碳的零排放,。60%為煤、40%為生物質(zhì)的混合液體燃料達到每天250萬桶的生產(chǎn)能力,，就相當(dāng)于美國運輸部門燃料用量的20%,。
先進生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)的研發(fā)要求生物工程和生物技術(shù)在基礎(chǔ)研究上有所突破。
通過擴展插件式混合動力車,、電池電動車和氫燃料電池車的應(yīng)用,，使輕型汽車電氣化。這種轉(zhuǎn)變需要先進電池和燃料電池技術(shù)的發(fā)展,，以及為管理電力需求增加而對電網(wǎng)的現(xiàn)代化改造,。
電力行業(yè)有望減少溫室氣體排放
報告認(rèn)為，通過能效技術(shù)的廣泛應(yīng)用,，制定可再生能源,、煤炭、天然氣,、生物質(zhì)能以及核能等多種電力供應(yīng)技術(shù)替代的組合,，電力行業(yè)在未來二三十年減少大量溫室氣體排放是可以實現(xiàn)的。
碳捕獲和儲存與先進核電對這個技術(shù)組合的決策特別重要,，為此,，電力部門在未來10年必須盡快啟動和完成對這兩項關(guān)鍵技術(shù)的示范，以便其在2020年左右開始大規(guī)模應(yīng)用,。
(1)對用煤炭和天然氣發(fā)電的現(xiàn)有和新的發(fā)電廠來說,，使用碳捕獲和儲存技術(shù)來封存二氧化碳，在技術(shù)上和成本上能否被市場接受還需驗證,。在2020年之前,，這可能要求興建(新建或改造)15到20個具備碳捕獲和儲存的示范電廠，來驗證各種燃料,、技術(shù)以及碳捕獲和存儲戰(zhàn)略的可行性,，關(guān)鍵是要表明碳捕獲和儲存在各類地質(zhì)構(gòu)造條件下可以按所需規(guī)模安全地應(yīng)用。電力部門實現(xiàn)大幅度減排,，可能需要數(shù)十年,。
(2)在未來十年,，需興建約五個示范核電廠來驗證先進核能在美國是否可以商用。如果這些示范項目能夠滿足成本,、進度和性能指標(biāo)的要求,，從2020年到2035年，每年可能都會建造三至五個新電廠,。這種擴張將大大增加美國能源供應(yīng)的多樣性,，彌補同階段集成碳捕捉和儲存與可再生能源不能滿足的電力需求。
在美國發(fā)展核電的障礙主要面臨高成本,、可能的應(yīng)用管理瓶頸以及公眾對安全的高度關(guān)注,。來自集成碳捕捉和儲存的燃煤發(fā)電、先進核電,，海上風(fēng)力發(fā)電,、太陽能發(fā)電的電力成本，很可能會大大超過目前的電力生產(chǎn)成本,。此外,，關(guān)于用地、用水和潛在的健康安全影響等問題,，可能會限制如碳捕捉和儲存與核能等一些技術(shù)的應(yīng)用,。
加快部署應(yīng)用新能源技術(shù)
未來十年，公共和私營部門需要開展廣泛的研究,、開發(fā)和示范工作,。由于新技術(shù)的應(yīng)用包含大量的不確定因素，加之各區(qū)域條件和技術(shù)需求不盡相同,，因此對基礎(chǔ)研究到示范推廣創(chuàng)新鏈上的廣泛型組合支持,，可能會比單一的以確定和選擇技術(shù)成敗為目標(biāo)的支持更為有效。在未來十年,，高優(yōu)先級的推廣示范技術(shù),，包括碳捕獲和儲存、先進核電,、纖維素乙醇和先進輕型車輛,；而高優(yōu)先級的研發(fā)則包括先進電池和燃料電池、大規(guī)模的電力負(fù)載存儲管理,、地?zé)岚l(fā)電和先進的太陽能光伏發(fā)電技術(shù),。
許多新興能源供求技術(shù)的廣泛應(yīng)用遇到了障礙，包括周轉(zhuǎn)緩慢的基礎(chǔ)設(shè)施,、有限的資源,、潛在的高成本、性能以及有關(guān)溫室氣體排放限制的不確定等。要克服這些障礙,，就需要制定包括獎勵措施在內(nèi)的有關(guān)法規(guī)和政策,，比如建立能效標(biāo)準(zhǔn)，支持發(fā)展可再生能源,，鼓勵碳捕獲與儲存,、先進核能和纖維素燃料技術(shù)的示范推廣等。性能,、易用性和成本等方面都能對投資人,、購買者與用戶產(chǎn)生強烈吸引的技術(shù)才是市場能夠接受的技術(shù)。對性能指標(biāo)要求明確的技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)可以刺激技術(shù)發(fā)展,，并幫助改善市場的吸引力。報告指出：盡管這些新能源技術(shù)在未來二三十年具有可行性,，但在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,、政策邊界以及能源市場上仍然存在很多不確定性。
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背景與目標(biāo)
由于能源市場的劇烈波動,，全球日益增加的能源需求以及美國對石油,、天然氣進口及其來源的嚴(yán)重依賴，美國的能源安全愈益脆弱,。目前,，美國超過85%的能源供應(yīng)由化石燃料提供，而化石燃料也占世界能源和消費的21%,。美國運輸業(yè)的能源幾乎完全依賴石油,，其中56%的石油消費需要進口。美國化石能源消耗每年產(chǎn)生約60億噸的二氧化碳,，約占世界二氧化碳總排放量的1/4,。主要由溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化問題，同國家利益和政治利益聯(lián)系愈加密切,，也引起了對未來能源問題的日益關(guān)注,。
面對上述問題，美國未來如何提供足夠的,、廉價的以及可持續(xù)的能源供應(yīng)是該報告研究的背景,。
報告的目標(biāo)是促使決策者通過技術(shù)選擇進行合理的能源生產(chǎn)、分配和運用,，提高可持續(xù)發(fā)展能力,，支持經(jīng)濟長期繁榮，促進能源安全,，減少對環(huán)境的不利影響,，并為后續(xù)的相關(guān)政策研究打好堅實基礎(chǔ)。由于正在開發(fā)與將來可能應(yīng)用的能源技術(shù)種類繁多，因此報告按2008—2020年,、2020—2035年和2035—2050年三個階段,，對每個階段最可能成熟應(yīng)用的技術(shù)給予了重點關(guān)注和前景分析。報告指出,，通過有效部署現(xiàn)有和新興能源的供應(yīng),，加快發(fā)展上述技術(shù)，并使兩者有效組合,，將有助于減少能源供應(yīng)來源,，實現(xiàn)大幅度的溫室氣體減排，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,、經(jīng)濟長期繁榮和促進能源安全的目標(biāo),。