目前，世界各國都在積極探索未來能源轉(zhuǎn)型發(fā)展路線，加快開發(fā)利用可再生能源已成為世界各國的普遍共識和一致行動。大力發(fā)展可再生能源不僅能夠減少對傳統(tǒng)能源的依賴，又能減少二氧化碳等有害氣體和有害物質(zhì)的排放。在全球有害氣體排放量中美國位居第三，僅次于中國和印度。為破解可再生能源發(fā)展瓶頸問題，美國政府推出了一系列能源戰(zhàn)略和政策。

美國是世界上第一個制定能源安全戰(zhàn)略的國家，能源安全戰(zhàn)略包括四項(xiàng)基本原則：節(jié)約能源、完善機(jī)制、靈活的財(cái)政支持以及最大限度地利用可再生能源。

美國制定的能源安全戰(zhàn)略的核心內(nèi)容是節(jié)能。從降低能源消耗的角度來看，政府完成了本國的經(jīng)濟(jì)性結(jié)構(gòu)調(diào)整。當(dāng)然，這是大規(guī)模使用可再生能源的結(jié)果，有助于減少對化石燃料進(jìn)口的依賴，實(shí)質(zhì)上可以作為一項(xiàng)長期的政治任務(wù)。

美國退出“巴黎協(xié)定”的決定并未改變美國社會對環(huán)境保護(hù)問題的態(tài)度。每年舉辦的例行會議上美國超百萬個城市的州長和市長表示他們打算繼續(xù)大規(guī)模發(fā)展可再生能源發(fā)展，特別是風(fēng)能和太陽能。

一、太陽能發(fā)展現(xiàn)狀

從2008到2017年近十年來，美國可再生能源發(fā)展迅猛，特別是太陽能發(fā)電領(lǐng)域。2008年，美國太陽能的市場份額占0.05%(可以向18萬戶家庭提供電力)。2012年太陽能供電能力已經(jīng)達(dá)到100萬戶家庭。但到2017年底，太陽能發(fā)電量達(dá)到總發(fā)電量的2%以上，足以為700萬美國普通家庭提供電力，2018年第一季度末，太陽能可供電用戶數(shù)量增加到1000萬。

自2008年以來，美國太陽能發(fā)電量增加了39倍，從2000吉瓦時增加至2017年的80000吉瓦時左右。

美國加利福尼亞州近年來一直被譽(yù)為美國太陽能領(lǐng)導(dǎo)者，該州太陽能發(fā)電占全國太陽能發(fā)電總增長的43%，這主要得益于政府實(shí)施的“百萬太陽能屋頂計(jì)劃”。

美國其他州也跟隨加利福尼亞州發(fā)展太陽能：亞利桑那州(太陽能發(fā)電量從2008年的35吉瓦時增加到2017年的6498吉瓦時)，北卡羅來納州(7吉瓦時增長到5783吉瓦時)，德克薩斯州(從7吉瓦時增長到2814吉瓦時)，佐治亞州(從1吉瓦時增加到2364吉瓦時)和猶他州(從0吉瓦時增加到2262吉瓦時)。美國太陽能行業(yè)的快速發(fā)展主要是得到了各州政府的補(bǔ)貼政策，特別是一些在屋頂安裝太陽能電池板的房主和小企業(yè)獲得了大力的財(cái)政支持。

二、風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

2008~2017年，美國風(fēng)力發(fā)電量從5萬吉瓦時增加至25萬吉瓦時。美國風(fēng)力發(fā)電量占整個發(fā)電量的份額從2008年的1.5%增加至2017年的6.9%，使得風(fēng)電還是供電的家庭數(shù)量從300萬戶增加至2400萬戶。目前，美國50000臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行使全社會發(fā)電量提高了5倍，風(fēng)力發(fā)電主要來自于大西洋沿岸地帶。美國計(jì)劃再投入14.5吉瓦的風(fēng)電裝機(jī)容量，為500萬戶家庭提供能源。

風(fēng)力發(fā)電量排名前十的州中德克薩斯州居首，風(fēng)力發(fā)電量從2008年的16225吉瓦時增加到2017年的67092吉瓦時。其次是俄克拉荷馬州(從2358吉瓦時到24404吉瓦時)和加利福尼亞(從5385吉瓦時增加到13971吉瓦時)。內(nèi)布拉斯加州作為美國風(fēng)電領(lǐng)導(dǎo)者，帶動了全美風(fēng)力發(fā)電的增長：2008~2017年，內(nèi)布拉斯加州風(fēng)力發(fā)電從214吉瓦時增加到5237吉瓦時，增長了24.5倍。

三、可再生能源發(fā)展經(jīng)驗(yàn)分析

1、制定可再生能源標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)際上，美國能源部的重組開始時間可以認(rèn)為是1997年，當(dāng)時馬薩諸塞州政府當(dāng)局制定了第一個可再生能源標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)最終作為電力公用事業(yè)重組法案的一部分通過。如今已經(jīng)連續(xù)第七年，馬薩諸塞州被美國節(jié)能經(jīng)濟(jì)委員會評為全國能源效率最高的州。

目前，全美各州都采納能源標(biāo)準(zhǔn)，但并非所有可再生能源都會對自然環(huán)境產(chǎn)生積極影響。例如，某些類型的生物質(zhì)能和水力發(fā)電在其開發(fā)過程中可能會產(chǎn)生諸多問題。

在可再生能源發(fā)展的初始階段，制約發(fā)展的因素是能源生產(chǎn)成本較高。隨著新結(jié)構(gòu)材料和復(fù)合材料的使用、以及科學(xué)研究的進(jìn)步，可再生能源已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化模式。而太陽能、風(fēng)能的應(yīng)用和快速發(fā)展促進(jìn)了可再生能源商業(yè)化進(jìn)程。

2、建立無碳化經(jīng)濟(jì)模式

美國可再生能源發(fā)展的一個顯著特點(diǎn)：隨著可再生能源在總能源生產(chǎn)中的份額增加，實(shí)際的能源消耗量將會減少。這是實(shí)施能源安全四項(xiàng)基本原則的結(jié)果，原則中還提到了首要任務(wù)是要提高國家經(jīng)濟(jì)能效，即提高能源效率和促進(jìn)可再生能源發(fā)展，從而形成無碳經(jīng)濟(jì)。

提高能源效率

美國人均使用能源比十年前節(jié)約近8%，這在很大程度上歸功于能源效率的提高。在1950至2008年間，美國的能源消耗量增加了兩倍，從2008到2017年，在人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)增長的狀況下能效下降了1.1%。 而今天，盡管增長了4400萬人口，但美國的能源消耗量仍低于2000年。 過去十年美國GDP絕對值增長15%的情況下，GDP單位能耗下降了14%，人均能源消耗下降了7.7%。

美國新汽車的能耗標(biāo)準(zhǔn)從2008年的每加侖21英里降低至2017年每加侖25.2英里，能耗降低了20%，這大大提高了能源效率。2007年的能源市場同樣也起到了節(jié)能的帶頭作用，開始在照明領(lǐng)域大規(guī)模使用LED設(shè)備，2016年使用數(shù)量達(dá)到8.74億臺，節(jié)省的能源足以供應(yīng)520萬個家庭使用。

交通電氣化

建立無碳化經(jīng)濟(jì)的條件之一便是交通電氣化，一種新的能源消耗模式，這勢必對電力系統(tǒng)的裝機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，以確保優(yōu)先使用可再生能源。2008~2017年美國電動汽車銷售量為39.5萬臺，僅在2017年銷售了10.4萬臺電動汽車。就在2010年，美國道路上的電動車數(shù)量達(dá)到數(shù)百個，甚至包括插電式混合動力汽車。現(xiàn)在市場上有20多種純電動車型，從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的通勤車到超快速豪華車。

在電動汽車使用方面，加利福尼亞州成為領(lǐng)跑者，占據(jù)美國的電動汽車銷售總量多達(dá)一半——18.2805萬輛汽車，安裝的電池充電站和充電裝置也是全國領(lǐng)先，以確保全州大范圍使用電動汽車。2018年，加利福尼亞州已建成全國17000座充電站中的4320座。

另外，根據(jù)新建地下停車場安裝充電樁的規(guī)定，除了主要道路的固定充電樁外，可以在車庫和停車場安裝私人充電裝置。充電時間取決于輸入功率，充電設(shè)備容量越高，充電時間越短。另外也可以建立電池更換的自動化中心。

3、提高可再生能源份額

能量的存儲裝置促進(jìn)了電力系統(tǒng)中可再生能源份額的增加，減小可再生能源生產(chǎn)中的波動性影響，在惡劣的氣候條件或技術(shù)事故導(dǎo)致的能源生產(chǎn)減少情況下，可以為消費(fèi)者提供能源，從而提高能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。儲能方式有很多種，其中最常見的是鋰離子電池，在低成本下，鋰離子電池具備能量高、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢。電力系統(tǒng)中，為了防止電力供應(yīng)中斷等緊急情況導(dǎo)致用戶斷電，儲能裝置的儲存容量高達(dá)100兆瓦，在電力供應(yīng)中斷期間儲存容量達(dá)10千瓦的存儲裝置可以為家庭提供長達(dá)數(shù)小時的電力來源。

儲能技術(shù)是可再生能源大規(guī)模利用的必要開發(fā)手段。例如，美國電力儲存容量從2008年的42兆瓦增加至2017年的708兆瓦。專家預(yù)測，到2020年，美國的電力儲存容量將增加到1.7吉瓦。

美國軍隊(duì)對可再生能源的利用給予高度支持，特別是海軍。為了向軍事基地提供能源，包括住房、辦公樓、醫(yī)院、培訓(xùn)中心和野外營地，目前正在建設(shè)基于可再生能源利用的自動化智能能源系統(tǒng)。該系統(tǒng)發(fā)出的電力有三分之一用于武裝部隊(duì)，這取代了上千個柴油發(fā)電廠。2020年前自動化系統(tǒng)裝機(jī)容量將達(dá)到4.3吉瓦。

近十年來可再生能源的積極發(fā)展使其在美國能源消費(fèi)總量的份額達(dá)到20%。前十大“領(lǐng)跑者”中北達(dá)科他州居首，2017年可再生能源份額占總能源消耗的58%。在愛荷華州的比例為43%，俄克拉荷馬州為41%。如果可再生能源的年增長率達(dá)到14%，美國在2035年之前將實(shí)現(xiàn)100%可再生能源提供電力。

4、提升可再生能源裝備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能

加快發(fā)展和使用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能高的能源裝備是推動可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵。在風(fēng)力發(fā)電方面，單位產(chǎn)能持續(xù)增長。2005至2015年美國陸地風(fēng)電裝機(jī)容量從1.4兆瓦增加到2.0兆瓦。同時，塔架高度從73米升至83米，葉片長度從73米增加到102米。據(jù)專家估計(jì)，到2030年，大陸風(fēng)力渦輪機(jī)的支撐塔架為115米，葉片長度為135米，裝機(jī)為3.25兆瓦。

具有最佳風(fēng)能利用條件的海上風(fēng)電投運(yùn)產(chǎn)能在8~10兆瓦，政府考慮進(jìn)一步增加其單機(jī)容量的可能性，相當(dāng)于6臺現(xiàn)有容量最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。為此成立了一個工作組，著手設(shè)計(jì)功率為50兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用棕櫚葉的原理，在強(qiáng)風(fēng)中彎曲并隨風(fēng)搖擺，以此來抵抗颶風(fēng)。

太陽能領(lǐng)域廣泛利用納米顆粒來提高太陽能電池板的能源效率。通過減少損耗和擴(kuò)大太陽能通量的光譜來提升裝置的技術(shù)性能。從2008到2016年，美國屋頂太陽能電池板的效率提高了25%。效率的提高給計(jì)算機(jī)跟蹤系統(tǒng)和太陽能發(fā)電廠管理系統(tǒng)的應(yīng)用帶來了益處。

改進(jìn)技術(shù)和提高裝置效率有助于降低能源生產(chǎn)成本。2008到2017年，風(fēng)能和太陽能發(fā)電廠的能源生產(chǎn)成本分別下降了67%和86%。與2010年相比，能量儲存單位成本下降了80%，2017年每千瓦時為209美元。這也有助于降低電動汽車和充電設(shè)施的成本。

發(fā)電成本的降低提高了可再生能源的競爭力。可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室稱，到2030年，風(fēng)力發(fā)電成本將下降30%，太陽能發(fā)電成本將減少36%，將低于燃煤發(fā)電成本。

對目前美國可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀和經(jīng)驗(yàn)的分析表明，為了進(jìn)一步擴(kuò)大可再生發(fā)展規(guī)模，節(jié)約能源仍是首要任務(wù)。這需要引入新的能源消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，并擴(kuò)大美國在各個經(jīng)濟(jì)層面可以廣泛使用可再生能源的條件。

原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2018年10月19日第39期