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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，提高能效的技術還將不斷涌現(xiàn)。
用好現(xiàn)有節(jié)能增效技術
《技術與變革：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，預計到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，即使預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年前建立新電廠或尋求環(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用增加，可以明顯減少汽油的使用，但其市場成功的關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，燃料電池汽車技術的改進可以為其在2035年至2050年期間大規(guī)模應用鋪平道路。中型和重型車輛，預計到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。
未來電力供應結構可能發(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)模化部署與應用，將有許多選擇途徑來獲得新的電力供應并改變電力供應結構。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結構。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，如風能、太陽能、水能、地熱能和生物能，在未來的電力系統(tǒng)中會發(fā)揮重要作用，預計到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，其次是風能。除了成本相對較高，技術層面兩者擴展都不受限制。預計太陽能和風能提供的用電量在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)有電廠的技術改造和設備翻新，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，因此除非能夠實現(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。現(xiàn)有的地質調(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還難以知曉，而這種擴大則可能使美國更加依賴進口和導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，適應負荷增長和電力需求的變化，擴大能源效率技術的使用，使新能源的技術供給和效能發(fā)揮成為可能，特別是間歇性的風能和太陽能。
目前，美國電網(wǎng)營運的技術已經(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)的建設可以全部完成，預計帶來的收益將遠遠超過改造成本。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，現(xiàn)在已可以應用，而且新技術還在不斷涌現(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年后預計能夠商業(yè)化。
開發(fā)將生物質和煤轉化為液體燃料的技術。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換還沒有商業(yè)規(guī)模的示范。生物質是可再生的，但有限的土地和水資源將限制年產(chǎn)量。按當前的農(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。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%。
為了達到每年供應五億干噸生物質的能力，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)以百計的轉化廠和配套基礎設施提供許可。
煤制液體燃料技術在美國以外得到了應用示范，盡管其轉換過程產(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，要達到上述指標就需要增加比目前水平高50%的煤炭產(chǎn)量，這會導致增加額外的基礎設施，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。結合碳捕獲和儲存技術的生物質煤混合液體燃料可以達到二氧化碳的零排放。60%為煤、40%為生物質的混合液體燃料達到每天250萬桶的生產(chǎn)能力，就相當于美國運輸部門燃料用量的20%。
先進生物質轉換技術的研發(fā)要求生物工程和生物技術在基礎研究上有所突破。
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用，使輕型汽車電氣化。這種轉變需要先進電池和燃料電池技術的發(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
報告認為，通過能效技術的廣泛應用，制定可再生能源、煤炭、天然氣、生物質能以及核能等多種電力供應技術替代的組合，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鍵技術的示范，以便其在2020年左右開始大規(guī)模應用。
(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來封存二氧化碳，在技術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、技術以及碳捕獲和存儲戰(zhàn)略的可行性，關鍵是要表明碳捕獲和儲存在各類地質構造條件下可以按所需規(guī)模安全地應用。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、可能的應用管理瓶頸以及公眾對安全的高度關注。來自集成碳捕捉和儲存的燃煤發(fā)電、先進核電，海上風力發(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的應用。
加快部署應用新能源技術
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。由于新技術的應用包含大量的不確定因素，加之各區(qū)域條件和技術需求不盡相同，因此對基礎研究到示范推廣創(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成敗為目標的支持更為有效。在未來十年，高優(yōu)先級的推廣示范技術，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)模的電力負載存儲管理、地熱發(fā)電和先進的太陽能光伏發(fā)電技術。
許多新興能源供求技術的廣泛應用遇到了障礙，包括周轉緩慢的基礎設施、有限的資源、潛在的高成本、性能以及有關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)的有關法規(guī)和政策，比如建立能效標準，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)生強烈吸引的技術才是市場能夠接受的技術。對性能指標要求明確的技術法規(guī)和標準可以刺激技術發(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在未來二三十年具有可行性，但在科學技術領域、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
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)的能源供應是該報告研究的背景。
報告的目標是促使決策者通過技術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)的相關政策研究打好堅實基礎。由于正在開發(fā)與將來可能應用的能源技術種類繁多，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用的技術給予了重點關注和前景分析。報告指出，通過有效部署現(xiàn)有和新興能源的供應，加快發(fā)展上述技術，并使兩者有效組合，將有助于減少能源供應來源，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。