美國智庫預測未來能源走向加快部署新能源技術

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節省的能源可以抵消同期能源消耗的增加。

美國最近發布了《技術與變革：美國能源的未來》報告，這是一份由美國能源部支持的技術報告。它研究了美國能源發展的優先領域、戰略能源技術發展和相關政策，并評估了當前使用的技術以及未來二三十年一系列潛在技術的發展現狀、成本、障礙和影響。本文對報告的主要內容進行了介紹和分析，這對我們了解美國當前的能源形勢和未來趨勢非常有幫助。

未來能源戰略：應用新能源技術，確保持續創新

根據美國智庫的說法，通過更積極的政策和激勵措施，可以實現更多的節能。目前，大多數節能和增效技術都具有成本效益，在未來的能源選擇中也可能保持競爭力。此外，提高能源效率的技術將繼續出現。

充分利用現有的節能增效技術

《技術與變革：美國能源的未來》提出，通過加快在建筑、交通和工業部門推廣現有節能增效技術，預計到2020年將節約15%的能源消耗，到2030年將節約30%的能源消耗，并且節省的能源可以抵消美國能源信息管理局估計的同期能源消耗的增加。建筑業占美國能源消耗的40%和電力消耗的73%，是節能增效潛力最大的行業。

事實上，到2030年，利用現有或新興的建筑節能增效技術，即使預期消費需求增加，與美國能源信息署的情景計算相比，建筑部門的能源使用仍可以減少25%至30%。如果節省的能源不被其他部門增加的用電量所占用，就足以解決一系列問題，如在2030年前新建一座發電廠，或尋求更環保的電力資源替代，以平衡區域電力供應。

工業和運輸部門也可以大大提高其能源效率。到2020年，與美國能源信息署預測的趨勢相比，工業部門可以減少14%至22%的能源消耗。無論是電力生產還是廢熱回收，都可以與其他特定技術一起使用，以擴大現有系統的使用。在交通運輸領域，到2020年，能源效率技術可能會使輕型汽車（汽車和越野車）超過每加侖35英里的平均燃油水平。與目前每加侖25英里的平均油耗相比，燃油經濟性提高了40%，這可以抵消預期的燃油需求增長。插電式混合動力汽車和電池電動汽車的日益應用顯然可以減少汽油的使用，但其市場成功的關鍵取決于電池性能的發展和比現有汽車更低的成本。此外，燃料電池汽車技術的改進可以為其在2035年至2050年的大規模應用鋪平道路。預計到2020年，中型和重型汽車的能源消耗將減少10%至20%。增加貨運鐵路的使用也可以減少運輸部門的能源消耗，因為它的能源效率是卡車運輸的10倍。

未來的供電結構可能會發生變化。

在未來二三十年，特別是如果碳捕獲和儲存以及先進核能能夠根據需要大規模部署和應用，那么將有許多選擇來獲得新的電力供應并改變電力供應結構。目前，燃燒化石燃料產生的電力超過了美國電力的70%，但未來二三十年，幾種非傳統的電力生產來源將明顯改變供應結構。它們可以顯著減少溫室氣體排放，但也可能增加電力成本。

1.可再生能源，如風能、太陽能、水能、地熱能和生物能，將在未來的電力系統中發揮重要作用。據估計，到2020年，約有500萬億千瓦時的電力……

將每年提供，到2035年，這一數字將增加到1100萬億千瓦時（目前美國的總用電量約為每年4000萬億千瓦時）。

目前，常規水電占美國電力供應的6%，但由于環境限制，很難擴大。一般來說，太陽能發電在美國的潛力最大，其次是風能。除了相對較高的成本外，這兩種技術的擴展也不受限制。預計2020年太陽能和風能提供的用電量將達到10%，2035年將達到20%。到2035年，可再生能源發電量可能超過燃煤發電或具有綜合碳捕獲和儲存功能的核電。

2.通過對現有發電廠進行技術改造和設備改造，到2035年，碳捕獲和儲存一體化的燃煤發電每年可提供1200萬億千瓦時的電力，通過新建發電廠可達到1800萬億千瓦時。

目前，燃煤發電廠生產的電力占美國的一半，國內煤炭儲量可以滿足下個世紀急劇增長的電力需求。由于這些發電廠產生大量二氧化碳，除非能夠實現碳捕獲和儲存，否則溫室氣體排放的控制將不可避免地限制燃煤發電廠的生產。碳捕獲和儲存技術將二氧化碳注入地下安全巖層，如油氣藏、深層鹽堿水層和深層煤層。現有的地質調查顯示，主要燃煤電廠附近的地下巖石足以儲存數十年的二氧化碳排放。利用碳捕獲和儲存來改造現有的燃煤發電可以減少50%的二氧化碳排放，而整合碳捕獲和存儲的新工廠最終可以減少90%的二氧化碳排放。盡管成本大幅增加，但到2035年，所有現有的燃煤電廠都有可能被具有綜合碳捕獲和儲存功能的燃煤電廠所取代。

3.預計到2020年，核電每年將增加160萬億千瓦時的電力，到2035年將增加850萬億千瓦時。目前，核能提供了美國19%的電力消耗。升級現有發電廠和建造新的發電廠以提高產能，在增加電力生產份額方面具有巨大潛力，而且升級發電廠的成本不到新建發電廠成本的1/3。

4.到2035年，擴大天然氣發電可以滿足美國很大一部分電力需求。然而，隨著電力需求的大幅增加，很難知道是否會有足夠的天然氣供應，價格具有競爭力，而這種擴張可能會使美國更加依賴進口，并導致二氧化碳排放量增加。

擴大和改造國家輸配電系統。

電網的擴建和現代化將提高可靠性和安全性，適應負荷的增加和電力需求的變化，擴大能效技術的使用，使新能源技術的供應和有效性發揮成為可能，尤其是間歇性風能和太陽能。

目前，美國的電網運行技術已經過時，很容易因自然和人為原因而中斷。更新電網所需的技術可以幫助消費者節約能源，改善運營商的信息管理，納入可再生能源，并滿足插電式混合動力汽車和電動汽車的要求。大約20年后，電網的擴建和現代化，即智能電網的建設就可以完成，預期的效益將遠遠超過改造的成本。完成電網的擴建和現代化將進一步降低運營成本，并更快地執行修訂要求。兩者合在一起的運營成本估計比僅擴建或現代化的成本低2500億美元。然而，智能電網的建設成本高昂，還涉及許多政策問題，例如需要制定鼓勵投資的法律法規。

石油將繼續發揮不可或缺的作用。

在2020年之前，替代或減少石油使用的選擇有限，但從長遠來看，從2030年到2035年可能會有很大的變化，因此有必要減少運輸部門的石油使用……

有目的地。

提高汽車能源效率。汽車節能技術現在可以應用了，而且新技術仍在不斷涌現。汽車節能是在不久的將來減少石油使用的最佳選擇。此外，一些替代燃料預計將在2020年后實現商業化。

開發將生物質和煤炭轉化為液體燃料的技術。纖維素乙醇是石油的主要替代品，盡管纖維素能源作物的轉化尚未在商業規模上得到證實。生物質是可再生的，但有限的土地和水資源將限制年產量。按照目前的農業生產能力，到2020年，每年可生產5億噸干噸生物質。如果到那時纖維素乙醇已經商業化，那么它每天可以提供50萬桶燃料，到2035年，每天可以提供170萬桶燃料。這接近目前輕型汽車燃料消耗的20%。

為了每年供應5億噸干噸生物質，政府不僅需要制定激勵措施，鼓勵農民種植纖維素能源作物，還需要政府為數百家轉化廠和配套基礎設施提供許可證。

煤制液體燃料技術已經在美國以外的地方得到應用和演示，盡管其轉化過程產生的二氧化碳是石油的兩倍。集成碳捕獲和儲存的液態煤燃料可達到300萬桶/日的生產能力，可滿足運輸部門目前約25%的燃料消耗，但對減少二氧化碳排放幾乎沒有作用。此外，為了實現上述目標，有必要將煤炭產量比目前水平提高50%，這將導致增加額外的基礎設施，包括煤礦、運輸、煤制液體燃料廠以及碳捕獲和儲存系統。這不僅可能對環境產生一系列潛在影響，而且由于碳捕獲和儲存的成功商業化帶來的煤炭消費量的持續增加，還會抬高煤炭價格。結合碳捕獲和儲存技術，生物質-煤混合液體燃料可以實現二氧化碳零排放。60%煤炭和40%生物質的混合液體燃料達到每天250萬桶的生產能力，相當于美國運輸部門燃料消耗的20%。

先進生物質轉化技術的研發需要在生物工程和生物技術的基礎研究上取得突破。

通過擴大插電式混合動力汽車、電池電動汽車和氫燃料電池汽車的應用，輕型汽車將實現電氣化。這一轉變需要發展先進的電池和燃料電池技術，以及電網現代化，以應對電力需求的增加。

電力行業有望減少溫室氣體排放。

報告認為，通過廣泛應用能效技術，發展可再生能源、煤炭、天然氣、生物質能和核能相結合，電力行業在未來20至30年內減少大量溫室氣體排放是可行的。

碳捕獲和儲存以及先進的核能對這一技術組合的決策尤為重要。因此，電力部門必須在未來10年內盡快啟動并完成這兩項關鍵技術的示范，以便在2020年左右大規模應用。

（1）對于使用煤炭和天然氣發電的現有和新建發電廠，使用碳捕獲和儲存技術儲存二氧化碳在技術和成本上是否能被市場接受，還有待驗證。在2020年之前，這可能需要建造（新建或翻新）15至20座具有碳捕獲和儲存功能的示范發電廠，以驗證各種燃料、技術和碳捕獲和存儲策略的可行性。關鍵是要證明碳捕獲和儲存可以在各種地質條件下以所需的規模安全應用。電力行業可能需要幾十年的時間才能實現大幅減排。

（2）未來十年，將建造大約五座示范核電站，以驗證先進核能能否在美國商業化。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，每年可能新建三到五座發電廠。此擴展將g……

至少增加了美國能源供應的多樣性，并通過在同一階段整合碳捕獲和儲存以及可再生能源來彌補無法滿足的電力需求。

美國核電發展的障礙主要面臨高成本、可能的應用管理瓶頸和公眾對安全的擔憂。燃煤發電、先進核能發電、海上風力發電和集成碳捕獲和儲存的太陽能發電的電力成本可能大大超過當前的電力生產成本。此外，土地使用、用水以及潛在的健康和安全影響等問題可能會限制碳捕獲和儲存以及核能等一些技術的應用。

加快新能源技術的部署和應用。

在未來十年，公共和私營部門需要開展廣泛的研究、開發和示范工作。由于新技術的應用包含許多不確定性，而且不同地區的條件和技術要求不同，對基礎研究在創新鏈中的示范和推廣的廣泛組合支持可能比旨在決定和選擇技術成敗的單一支持更有效。未來十年，將推廣高優先級示范技術，包括碳捕獲和儲存、先進核能、纖維素乙醇和先進輕型汽車；

高度優先的研發包括先進的電池和燃料電池、大規模電力負荷存儲管理、地熱發電和先進的太陽能光伏發電技術。

許多新興能源供需技術的廣泛應用遇到了障礙，包括基礎設施緩慢、資源有限、潛在的高成本、高性能以及溫室氣體排放限制的不確定性。為了克服這些障礙，有必要制定相關的法律和政策，包括激勵措施，如建立能效標準，支持可再生能源的發展，鼓勵碳捕獲和儲存，以及示范和推廣先進的核能和纖維素燃料技術。能夠在性能、易用性和成本方面強烈吸引投資者、買家和用戶的技術是市場可以接受的技術。對性能指標有明確要求的技術法規和標準可以刺激技術發展，有助于提高市場吸引力。報告指出，盡管這些新能源技術在未來二三十年是可行的，但在科技、政策邊界和能源市場等領域仍存在許多不確定性。

（編輯：李燕郊）節省的能源可以抵消同期能源消耗的增加。

未來能源戰略：應用新能源技術，確保持續創新

充分利用現有的節能增效技術

關于電池性能的發展和比現有車輛更低的成本。此外，燃料電池汽車技術的改進可以為其在2035年至2050年的大規模應用鋪平道路。預計到2020年，中型和重型汽車的能源消耗將減少10%至20%。增加貨運鐵路的使用也可以減少運輸部門的能源消耗，因為它的能源效率是卡車運輸的10倍。

未來的供電結構可能會發生變化。

1.可再生能源，如風能、太陽能、水能、地熱能和生物能，將在未來的電力系統中發揮重要作用。據估計，到2020年，每年將提供約500萬億千瓦時的電力，到2035年，這一數字將增至1100萬億千瓦時（美國目前的總用電量約為每年4000萬億千瓦時）。

擴大和改造國家輸配電系統。

電網的擴建和現代化將提高可靠性和安全性，適應負荷的增加和電力需求的變化，擴大能效技術的使用，使新能源技術的供應成為可能……

充分發揮其有效性，特別是間歇性風能和太陽能。

石油將繼續發揮不可或缺的作用。

在2020年之前，替代或減少石油使用的選擇有限，但從長遠來看，從2030年到2035年可能會有很大的變化，因此有必要有目的地減少運輸部門的石油使用。

為了每年供應5億噸干噸生物質，政府不僅需要制定激勵措施，鼓勵農民種植纖維素能源作物，還需要政府為數百家轉化廠和配套基礎設施提供許可證。