在美国,可再生能源已发展成为年产值180亿美元的重要能源行业,占全美能源产量的10%,已超过核电动力和净煤动力。能源部预测,到本世纪末,可再生能源在现有基础上翻一番是不成问题的,到2010年可达到80%。
· 多数可再生电力已经或很快能和石油,天然气及煤电进行价格竞争,现行价格比核电低许多,尽管在里根执政期间再生能源开发经费削减了90%,太阳能及风能技术仍使它们各自的成本降低了25%左右。
· 可再生能电厂基建周期短,一般只需2年或更短的时间,而建造同样规模的核电站至少要8年的时间。
· 可再生能源是抑制气候突暖、酸雨及其它因矿物燃料引起的环境污染的有效措施。
既然可再生能源有这么多这么大的优点,人类为什么却不能尽快完全使用这类能源呢?主要是技术上还有许多难题有待解决,其次还有习惯上和政治上的障碍因素,最近,布什政府拟定了一个“国家能源战略”,准备在1990年公布实施。能否尽快地解决上述障碍,在某种程度上取决于这个能源战略对可再生能源的态度。
80年代可再生能源最有影响的突破性进展首推太阳能和风能利用技术。在莫哈韦沙漠,Ius公司兴建的大型太阳能热电厂向南加利福尼亚的艾迪生地区提供近200兆瓦的电力,足以满足25万个居民家庭的用电需求。这个电厂用反射池技术聚集太阳光能产生蒸汽驱动汽轮发电机的运行。
1984年Ius公司的第一组发电机投入发电时的电价是每度24先令,而目前正在建设中的一个80兆瓦太阳能电厂的电价将降低到每度8先令。从而具备了和常规燃煤或燃油电厂(电价每度6 ~ 9先令)进行竞争的能力,胜过核电的每度10先令的价格。到1994年,Ius公司将有6个如此规模的电厂投入运行,总装机容量为480兆瓦,发电成本有望降到每度5先令。如果美国政府继续执行太阳能企业投资税缓征政策,2000年Ius公司的太阳能发电能力至少达到3000兆瓦,加利福尼亚州的爱德华兹空军基地的占地面积相当于两个哥伦比亚地区,若能在该基地兴建一座太阳能热电厂,发电能力可达到美国最大的电力公司太平洋天然气与电力公司的峰值发电量。
与此同时,光伏电池技术也取得了长足进展,供电成本由1980年的每度1.5美元下降到目前的25 ~ 35先令,使用寿命已超过20年。
过去人们最熟悉的太阳能电池是手表和计算器用的微型电池。现在,最大的太阳电池市场是那些没有电力供应的边远地区和深山海岛。加利福尼亚有1000多个公路管理传呼电台是以光伏电池为电源的。国家海岸警卫局(The Coast Guard)有11,000多个光伏电池导航装置。在美国,应用太阳电池的家庭和民用船只数以万计。费城电业公司正在研究在用户家庭安装光伏系统。
能源部光伏技术局负责人布尔预计,如果家用光伏系统的安装能在1995年大规模开始,到2000年将有一批太阳能热电厂被取消。布尔说,在东北地区建立光伏系统具有显著的经济性,那里的电力价格较高。
风力发电是近年来卓有成效的可再生能源领域之一。本世纪初,风力是美国农业最常用的能源,30年代被价格低廉的集中供电技术取而代之了。时过境迁,70年代的世界性能源危机使常规电力成本猛升,开发利用风力发电开始引起人们的重视。1980年加利福尼亚并入电网的风力发电站还是零,到1989年,已达到17,000个。据统计,1988年这些风电站输出电力18亿度,相当于3百万桶石油,占整个加州耗电量的1%。
进入80年代以来,风力发电技术日臻完善,成本大幅度下降,1989年风电价格每度7 ~ 9先令,和1980年相比下降了60%。随着技术的不断进步,成本还会进一步降低。预计,2000年的风电价将降到每度4 ~ 5先令。美国各地的风力资源都很丰富,加利福尼亚的风力发电技术完全可以在平原各州及东北地区的农牧场推广应用。到本世纪末,全美风电装机总容量将在现有基础上提高4倍。如果政府有强有力的扶植政策出台,风电事业会获得更快的发展。
生物资源和水力资源的开发利用比太阳能和风能的利用更为广泛。生物、水力及地热资源不受短期气候变化的影响,具有输出电力稳定的优点。
生物能主要指禾柴、水质废弃物和其它农业废弃物。这种能源主要应用于居民家庭和一般工业炉,约占家庭耗能的5%左右,工业能源的左右。在美国,已有几家装机容量为54,000兆瓦的植物燃料发电厂,总发电量相当于6个标准核电站。另外,植物燃料还可以转化为气体燃料和液体燃料。
植物燃料燃烧时产生的二氧化碳是一种温室气体,但植物的再生长可以吸收空气中的碳,从而形成“碳循环”。因此,正确地利用植物燃料资源不会加剧地球气候变暖问题。遗弃植物在空气中腐烂变质产生甲烷气,这种气体对大气的危害性比植物燃料燃烧时产生的二氧化碳严重20倍以上。
生物资源(包括废弃木、甘蔗渣和牲畜粪便)是最丰富最便宜的发电燃料,在纽约市的斯塔滕岛上有一座60兆瓦生物发电厂,该厂用修剪树木下来的树枝为燃料。加利福尼亚州有一个牲畜粪便发电厂,装机容量17兆瓦,向20,000多个家庭提供电力。美国25%的国土面积上生长着各种植物,利用这些生物资源发电不仅可以获得能源,还有益于改善林木布局。
生物资源转化为石油及天然气的替代品是一条很有发展前景的道路。从谷物中提取乙醇作为辛浣增强剂技术已广泛应用于摩托车燃料油中。能源专家们希望能研究出一种木质能源作物(Wood-Energy Crops),使之能100%地转化为气体和液体燃料,并能在价格上和石油产品竞争。
在部分耕地上种植能源作物是完全可行的,田纳西州的国家橡脊实验室(Oak Ridge National Lab)预计,如果把不考虑风化控制的农田全部种植能源谷物,10年之内可以形成6夸特的能力,相当于目前美国年能源产量的10%(1夸特相当于1×1015个英热单位,1988年美国能源产出总量为69夸特,消耗总量为83夸特)。
地热能是一种化学不可再生能源,其蕴藏量极大,是一种取之不尽用之不竭的无限能源。美国至少有几千夸特的地热资源待开发,相当于全国年耗能总量的几百倍。应用地热资源较多有的得克萨斯州、路易斯安那州和西部地区。地热钻探设备和石油钻机相似,可以在几百英呎上获取一般热,在1400英呎或更深处获取驱动涡轮发电机的热能。
近年来,美国的地热发电能力迅速提高,装机总量由1980年的900兆瓦发展到1989年的2600兆瓦,电价在每度5先令左右,和常规电价相差无几。
最经济的可再生能源是大家熟悉的水电资源。大型水电站的电力成本只有每度0.5先令。新的大型水电工程不宜盲目建设,对现有水电站进行技术改造,增加或更新透平,使发电能力提高1000兆瓦是可以达到的。一些没有发电设计的控洪大坝也可以安装水电机组。这样的技术改造不仅可以减少有害环境造成损失的可能性,还可以在本世纪内增加发电能力9000兆瓦。
此外,泵水储能可以为美国增加8000兆瓦的发电能力。泵水储能是在电网电力峰值期间利用其多余的低价电向高位水库泵水,在电网电力处于谷值时,高位水库放水发电,这一技术也可应用于太阳能和风能间歇余能的储存。
美国近40%的电力用于家庭及其它建筑物消耗,全年电费约1,650亿美元。如果在各种房屋设计建造中采取一定的技术措施,根据使用需要有效地吸收或排除太阳能的影响,耗电可大大下降。基本“太阳能房”已有几千年历史,因煤炭石油价格的下跌,这种太阳能房在本世纪初已弃之不用了。近15年来,能源危机使一些老式太阳能房又重新出现。如今,百万计的美国建筑恢复采用坐北向南,加大向阳窗户面积及强化遮阳等措施。这样的房屋在不增加建房成本前提下可以节约30%左右的能源消耗。在房顶上安装太阳能热水器可以节约居民40 ~ 70%的热水耗能。
先进的太阳能技术可以获得显著的经济效益,在窗户下适当位置处安装太阳能反光板可以有效地把阳光反射到室内,提供光照与热量。目前尚在研制之中的“光导器”可以在80多米的距离上把太阳光直接导入建筑物内。
1988年的民意测验表明,54%的美国公众赞成把太阳能利用放在重于其它能源的位置。只有12%的人支持优先发展核电。事实与之相反,美国用于核能开发的财力比各种可再生能源之和高6倍。这种不合理的发展致使美国的世界光伏电池市场占有率由1980年的75%下降到1988年的32%,同期日本的占有率由15%上升到37%。
如果美国的政策制定者们能回到原有立场上,重视可再生能源开发利用,使这类能源的发展纳入原有正常轨道,从这些技术领域中获得巨大效益还为时不晚。
[World Power,1989年7月23日]