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可再生能源商业化

2018-09-21 13:47:33     所属分类:可持续性
风能、太阳能和生物质能是三种可再生能源的来源。
可再生能源的全球新投资。[1]
150 MW的安达索尔太阳能电站是一个商业太阳热能发电厂,位于西班牙英语Renewable energy in Spain的安达索尔电站使用熔盐箱储存太阳能的热能,使发电站可以在太阳不发光的时候能够继续发电。[2]

可再生能源商业化涉及到历史可以追溯到100年以上的三代的可再生能源技术的普及。第一代的技术都是已经成熟和有经济竞争力的技术,包括生物质能,水力发电,地热发电和供热。第二代技术的市场已准备就绪,并在目前正在被部署,它们包括太阳能供热,太阳能光伏,风力发电,聚光太阳能热发电电站,和现代形式的生物能源。第三代技术,还需要持续的研发努力,才可以在全球范围内作出很大的贡献,包括先进生物质气化,高温岩石英语hot-dry-rock地热发电和海洋能等[3]。截至2012年,可再生能源占新安装额定容量的一半左右,并且成本继续下降。

2015年可再生能源继续快速增长,提供了多种益处。已安装的风能和光伏装机容量(64GW和57GW)和$3290亿美元的全球可再生能源投资创下新高记录。这种投资增长带来的关键好处是就业机会的增长[4]。投资最多的国家分别是,德国,西班牙,美国,意大利和巴西[5][6]。领先的可再生能源公司有:亮源能源英语BrightSource EnergyFirst Solar英语First SolarGamesa英语Gamesa Corporación TecnológicaGE能源英语GE Energy,华锐风电,英利,西门子,天合光能英语Trina Solar,和维斯塔斯等公司。[7][8]

可再生能源的广泛使用存在一些非技术性的障碍,[9]而且往往就是推动可再生能源技术的广泛的接受的公共政策和政治领导。[10]在2011年,约有118个国家有自己的可再生能源未来的目标,并颁布了广泛的公共政策,以促进可再生能源。[5][11]对气候变化的关注,[9][12][13]正在推动在可再生能源产业的不断增长。[14][15][16]

经济分析师预计,继2011年日本福岛核事故之后,对可再生能源(和高效的能源使用英语Efficient energy use)的市场处于涨势。[17][18]在他的2012年国家的国情咨文中,奥巴马总统重申他对于可再生能源的承诺,和提到的长期的内政部承诺允许在2012年在公共土地上的10,000 MW的可再生能源项目。[19]在全球范围内,在可再生能源产业估计有300万个直接就业机会,其中约一半数量在生物燃料行业。[20]根据国际能源机构在2011年的预测,在50年之内太阳能发电会产生大部分世界电力,大幅减少有害温室气体的排放量。[21]

目录

  • 1 概述
    • 1.1 可再生能源的理由
    • 1.2 三个世代的技术
    • 1.3 可再生能源的增长
    • 1.4 经济趋势
  • 2 第一代技术
    • 2.1 生物质能
    • 2.2 水力发电
    • 2.3 地热发电和供热
  • 3 第二代技术
    • 3.1 太阳能加热
    • 3.2 太阳能热电站
    • 3.3 太阳能光伏
    • 3.4 风力发电
    • 3.5 现代形式的生物能源
  • 4 第三代技术
    • 4.1 新的生物能源技术
    • 4.2 海洋能源
      • 4.2.1 潮汐发电
      • 4.2.2 波浪发电
    • 4.3 增强型地热系统(EGS)
  • 5 可再生能源工业
    • 5.1 风能公司
    • 5.2 光伏公司
  • 6 接纳所面临的非技术壁垒
  • 7 公共政策的领域
    • 7.1 转移税收
    • 7.2 转移补贴
    • 7.3 可再生能源的目标
    • 7.4 绿色经济刺激计划
    • 7.5 扳平竞争
  • 8 最近的发展
  • 9 可持续能源
  • 10 太阳能光伏局限
  • 11 参看
    • 11.1 列表
    • 11.2 条目
    • 11.3 人物
  • 12 参考文献
    • 12.1 引用
    • 12.2 来源
  • 13 外部链接

概述

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能源来源的全球公众支持,基于易索普(Ipsos)(2011年)的问卷调查。[22]

可再生能源的理由

气候变化,污染和能源不安全的重大问题和这些问题的解决,都需要能源基础设施的重大改变。[23]可再生能源技术的能源供应组合中是至关重要作用,因为它们有助于维护世界能源安全(Energy security),减少对化石燃料的依赖,并为减少温室气体排放提供机会。破坏气候的化石燃料正在被清洁的气候稳定的和非消耗的能源取代:

...从煤,石油和天然气,到风能,太阳能,地热能源的过渡正在顺利进行。在旧经济中,能源来自燃烧东西 - 石油,煤炭,天然气 - 导致了碳排放量定义我们的经济。新能源经济驾驭的是风的能量、来自太阳的能量、与来自地球本身的热量。 [24]

在国际民意调查中,为解决能源供应问题而提出多种方法得到强有力的支持。这些方法包括推进太阳能发电和风力发电等可再生能源,要求公用水电事业使用更多的可再生能源,并提供税收优惠,以鼓励发展和使用这种技术。预计,从长期而言,可再生能源的投资将得到经济上清偿。[25]

根据Clean Edge英语Clean Edge公司的观点,能源的未来毫无疑问将会变得更加清洁。碳密集型能源例如木柴,煤炭,石油,到天然气和可再生能源的过渡正在顺利进行。对于许多发达国家与发展家,“未来看起来越来越像它将建立在能源效率,可再生能源,电气化运输和低碳的燃料如天然气的混合”。[26]

由应用材料公司(Applied Materials)在2010年的调查显示,三分之二的美国人相信,在满足国家的能源需求,太阳能技术应该发挥更大的作用。此外,"四分之三的美国人认为是该国的顶级能源优先问题,是增加可再生能源,和减少美国对外国石油的依赖"。据调查,如果他们的公共水电公司增加使用可再生能源,67%的美国人愿意增加支付他们每月的水电费帐单。".[27]

在2010年的全球事务芝加哥委员会的民意调查显示,91%的人认为“投资于可再生能源领域”,对美国的经济能保持相对于其他国家的竞争力是重要的,62%认为这是非常重要的。同一调查还发现,公众大力支持鼓励可再生能源发展的税收优惠,以此用来作为减少进口外国能源的一种方法来。每十个人中的八个人(80%)赞成税收优惠政策,47%的强烈赞成,仅有17%的人反对。[28]

欧盟成员国已表示支持雄心勃勃的可再生能源目标。在2010年,欧盟民意调查处(Eurobarometer英语Eurobarometer)机构接受调查的27个欧盟成员国关于“以增加可再生能源在欧盟的份额由2020年达到20%”的目标。在所有27个国家中的大多数人都认可的这个目标,或要求它能更进一步。在整个欧盟中,57%认为提出的目标是“恰当的”,16%的人认为这是“太保守了”。只有19%的受访者说,这目标是“过于雄心勃勃”。[28]

援引福岛核灾难,环保活动家在2010年气候变化大会上呼吁更大胆的步骤以利用可再生能源,这样世界就不是仅仅有选择核电的危险和气候变化的破坏。[29]

三个世代的技术

可再生能源包括一些在商业化的不同阶段的来源和技术。国际能源署(IEA)定义了达到至今已有100多年的三个世代的可再生能源技术:

  • 第一代技术出现于从19世纪结束时的工业革命,包括水电,地热发电,生物质燃烧和热。这些技术都相当广泛的应用。[3]
  • 第二代技术包括太阳能供热与制冷,风电,现代形式的生物能源,和太阳能光伏发电。现在,这些是自1980年代以来的研究,开发和示范(RD&D)的投资,进入市场的结果。初始投资能源安全问题提示联系在1970年代的石油危机,但是,这些技术的持久的吸引力,至少部分是由于环境好处。许多技术反映材料的显着进步。[3]
  • 第三代技术仍处于开发阶段,其中包括先进的生物质气化(biomass gasification),生物炼制(Biorefinery英语Biorefinery),聚光太阳能热发电(Concentrating solar thermal power),高温岩石地热发电(hot-dry-rock英语hot-dry-rock)和海洋能等。纳米技术的进展可能也发挥了重要的作用。”[3]

第一代技术已经非常成熟,第二代技术现在正在进入市场,而第三代技术,在很大程度上取决于长期的研究和发展方面的承诺,其中公共部门可以发挥作用。[3]

可再生能源的增长

全球可再生能源发电容量,不包括水电。[30]
可再生能源发电及容量在全球电力供应中所占变化的比例。[31]

可再生能源据估计2010年全球最终能源消费中的16.7%。到2011年年底,可再生能源发电容量全球范围内超过1360 GW,同比增长8%。其中,现代可再生能源占到估计的8.2%,而传统方式利用生物质能的份额从估计的8.5%略有下降。可再生能源电力,在2011年占全球的新增加发电能力的208GW中的近一半。风能和太阳能光伏(PV)占了近40%和30%。[32]

从2004年年底到2009年的5年期间,对于许多技术,世界范围内可再生能源的容量每年以10-60%的速度增长。[33]

2011年,副秘书长阿齐姆·施泰纳英语Achim Steiner说:“绿色经济英语Green economy的这个核心业务的持续增长,不是偶然发生的。结合政府设定目标,政策支持和刺激资金中支撑的可再生能源产业的崛起,使我们的全球能源系统达到急需的转型。”他补充说:“在投资,项目和地理分布上,可再生能源正在不断扩大。在这样做时,在应对气候变化,对付能源贫困和能源的不安全上,它们作出越来越大的贡献”。[34]

根据由总部设在巴黎的21世纪全球可再生能源政策网络(REN21)发布的一份报告,在2008年,同时在欧盟和美国,第一次出现了比传统的电力容量增长有更多的可再生能源增长,表现出世界能源市场迈向可再生能源的一个“根本转型”。[35]在2010年,可再生能源包含了新建的发电能力约三分之一。[31]

根据国际能源署(IEA)的一个在2011年的预测,在50年之内,太阳能发电站可能会产生世界上大部分电力,显著减少对环境有害的温室气体的排放。国际能源署(IEA)表示:“到2060年,光伏发电和太阳热能厂可满足世界对电力的需求 - 和所有能源需求的一半 - 风能,水能和生物能发电厂提供余下的一代”。[21]

然而,国际能源机构预测可能会很悲观,因为官方机构维持低估了可再生能源的增长速度。[36]“光伏发电和聚光太阳能发电可以成为电力的主要来源”。基于2012年BP世界能源统计评论的一份报告显示,从2001年到2011年底,全球太阳能消费大约每两年翻了一番,消费在呈指数式增长。这就提出了一个可能性,在这个十年结束时,太阳能发电可达到全球发电总量的10%。要完成此主要能源份额的增益,太阳能将需要从2011年的消费量55.7 TWh,增加到约2200TWh。在目前的指数增长率,早在2018年这些水平可以被达到。[37]如果指数的消费继续,到2027年,太阳能可以提供当前世界能源需求的100%。[38]

选定的可再生能源指标[35][39][40][41][42]
选定的的全球性指标 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 单位
新的可再生能源容量的投资(年) 30 38 63 104 130 160 211 257 244 214 270 285 10亿美元
已存在的可再生电力容量,
包括大规模水电
895 930 1,020 1,070 1,140 1,230 1,320 1,360 1,470 1,560 1,712 1,849 GWe
已存在的可再生电力容量,
排除大型水电
200 250 312 390 480 560 657 785 GWe
水力发电容量 (已存在的) 915 945 970 990 1,000 1,055 1,064 GWe
风能容量 (已存在的) 48 59 74 94 121 159 198 238 283 318 370 433 GWe
太阳能光伏容量 (并网发电的) 7.6 16 23 40 70 100 139 177 227 GWe
太阳能热水器容量 (已存在的) 77 88 105 120 130 160 185 232 255 326 406 435 GWth
乙醇生产 (年) 30.5 33 39 50 67 76 86 86 83 87 94 98 10亿升
生物柴油生产 (年) 12 17 19 21 22 26 29.7 30 10亿升
有使用可再生能源目标政策的国家 45 49 68 79 89 98 118 138 144 164 173

经济趋势

国家可再生能源实验室预测风能价格将从2012年到2030年能下降25%。[43]

通过技术的改进并通过大生产和市场竞争的好处,可再生能源技术正在越来越便宜。2011年国际能源署(IEA)的一份报告说:“成本竞争力的可再生能源技术的投资组合变得日益广泛的情况下,在某些情况下提供的投资机会,而不需要具体的经济支持”,并补充说,“可能降低成本的关键的技术,如风能和太阳能等,都将继续下去。“[44]截至2011年,太阳能和风能技术的成本已经有大幅减少:

自2008年夏天以来的每MW光伏组件的价格已经下降了60%,根据《彭博新能源财经》估计,太阳能发电第一次在一个阳光普照的国家与零售电力价格上具有竞争力的地位。风力涡轮机的价格也下降了 - 在过去的两年每MW的18% - 反映出在供应链中它与太阳能激烈的竞争。太阳能,风能和其他技术扳平的(levelised)能源成本的进一步改善摆在面前,这在未来几年对于化石燃料发电的来源的主导地位构成了越来越大的威胁[34]

国际太阳能学会英语International Solar Energy Society(International Solar Energy Society)认为,随着时间的推移,可再生能源技术和经济将继续改善,它们是“现在是足够的先进,允许可再生能源有重大穿透成为主流的能源和社会基础设施”。[10]在下表中所示的是可再生能源(不包括补贴或政策激励)指示的,扳平的(levelised)经济的成本。

可再生能源发电成本,在2010年[45]
发电机 典型的特征 典型的
电力成本
(U.S. cents/kWh)
大型水电 电站规模: 10 - 18,000 MW 3-5
小型水电 电站规模: 1-10 MW 5-12
陆上风能 涡轮尺寸: 1.5 - 3.5 MW 5-9
离岸风能 涡轮尺寸: 1.5 - 5 MW 10-14
生物质发电 电站规模: 1-20 MW 5-12
地热发电 电站规模: 1-100 MW 4-7
屋顶太阳能光伏发电 峰值容量: 2-5 kilowatts-peak 20-50
公用事业规模的太阳能光伏发电 峰值容量:200 kW to 100MW 15-30
聚光太阳能热发电 (CSP) 50-500 MW trough 14-18

随着时间的推移,可再生能源一般变得越来越便宜,[46][47]而化石燃料变得更昂贵。美国前副总统阿尔·戈尔解释说,可再生能源技术的价格正在下降,原因主要有三个:[48]

"首先,一旦可再生能源的基础设施建造好,燃料是永远免费的。不同于碳基燃料,风,太阳和地球本身提供的燃料是免费的,数量是无限的。

其次,尽管化石燃料技术是比较成熟的,可再生能源技术正在迅速被改进。因此,创新和独创性使我们能够不断提高可再生能源的效率和不断降低成本。

第三,一旦世界作出作出明确的承诺转向可再生能源,生产量本身将大幅减少每个风车和每个太阳能电池板的成本,同时增加更多的激励更多的研究和开发,到进一步加快创新进程"。[48]

第一代技术

在奥地利的生物质能供热厂。总热功率为1000 kW。

第一代技术已经被广泛应用于资源丰富的地方。它们未来的使用将依赖于对剩余资源潜力的探索,特别是在发展家,和克服在环境和社会的接受程度有关的挑战。

生物质能

生物质热能和电力是一个完全成熟的技术(Mature technology英语Mature technology),它提供了一个现成的市政的,农业的和工业的有机废物的处理机制。不过,这个工业仍然相对落后,在过去的十年至2007年,尽管在许多发展家中生物质能(主要是木材)的需求持续增长。生物质能存在的问题之一,是炉灶直接燃烧产生的污染物,导致严重的健康和环境的后果,虽然改进炉灶方案可在一定程度缓解这些影响。第一代生物质能技术可以在经济上有竞争力,但是可能仍然需要部署支持,以克服公众的接受和小规模的问题。[3]

水力发电

在1936年完工的胡佛水坝曾经既是世界上最大的水力发电站,还是最大的水泥结构。

水力发电厂的优点是长寿命,并且许多现有的工厂已经经营超过了100年。从电网运行的角度看,水电是一种非常灵活的技术。即使在今天的能源市场中,与化石燃料相比,大型水电仍提供了一个成本最低的选项,它没有与电厂运行有关的有害气体排放。[3]

水力发电是目前世界上最大的安装的可再生能源来源的电力,在2005年提供约17%的总电力。[49]是世界上最大的水力发电生产国,其次是加拿大英语Hydroelectric power in Canada

但是,大型水力发电系统有几个显着的社会的和环境的缺点:在规划水库区中生活的人民颠沛流离,在施工期间和水库洪水期释放大量的二氧化碳和甲烷,破坏水生的生态系统和鸟类。[50]现在有一个强烈的共识,各国应采取综合的办法来管理水资源,这将涉及水电开发规划与其它用水部门的合作。[3]

地热发电和供热

在间歇泉的许多发电厂之一,位于加州北部的一处地热发电场,总输出功率超过750 MW。

地热发电厂能够每天24小时运作,提供基底负荷的容量。估计世界潜在的地热发电能力差别很大,至2020年的它的范围从40 GW到高达6,000 GW。[51][52]

地热发电的容量从1975年的约1 GW增长了到2008年的约10 GW。[52]以装机容量计算,美国是世界领先者,相当于3.1 GW。有着显著的装机容量的其他国家包括菲律宾(1.9 GW),印度尼西亚(1.2 GW),墨西哥(1.0 GW),意大利(0.8 GW),冰岛(0.6 GW),日本(0.5 GW),新西兰(0.5 GW)。[52][53]在一些国家,地热发电占电力供应总量的显著份额,如在菲律宾,地热在2008年年底的总功率组合占17%。[54]

截至2008年年底,地热(地源)热泵代表估计有30 GWth的装机容量,还有其他直接利用地热(即空间加热,农业烘干与其它用途)估计达到15 GWth。截至2008年,至少有76个国家是在以某种形式使用直接地热能源。[55]

第二代技术

在过去的十年中市场用于第二代技术已经强大和不断增长的,并且这些技术已经从一个少数专注者的热情,成为许多国家的一个主要经济产业,例如在德国,西班牙,美国,日本等一些国家。许多大型工业公司和金融机构参与,并且其面临的挑战是扩大在全球范围内的继续增长的市场基础。[3][12]

太阳能加热

太阳能技术,例如位于建筑物之上或附近太阳能热水器,它们提供能量给建筑物,就是一个的软能源科技英语Soft energy technology的典型的例子。

太阳能加热英语Solar thermal collector系统是一个众所周知的第二代的技术,并且它一般是由太阳能集热器,一个从集热器到其使用点的流体系统移动热量,和储热的容器或箱。该系统可以被用来加热家用热水,游泳池,家庭和企业。热量也可以用于工业过程的应用,或作为用于其它用途的能量输入,如冷却设备。[56]

在许多温暖的气候,太阳能加热系统可提供家用热水的能源的比例非常高(50%〜75%)。截至2009年,有2700万屋顶太阳能热水器。[57]

太阳能热电站

聚光太阳能热发电塔,左起:PS10, PS20.

太阳能热电站(Solar thermal power) 包括在美国的354兆瓦(MW)的太阳能发电系统(Solar Energy Generating Systems)英语Solar Energy Generating Systems,索尔诺瓦太阳能电站(Solnova Solar Power Station,西班牙,150 MW),安达索尔太阳能电站(Andasol solar power station,西班牙,100 MW),内华达太阳能一号发电厂英语Nevada Solar One(Nevada Solar One,美国,64MW),PS20太阳能发电塔(西班牙,20 MW),PS10太阳能发电塔(西班牙,11 MW)。370兆瓦的伊万帕太阳能发电设施,位于加州的莫哈韦沙漠,它是目前世界上最大的聚光太阳能热发电(CSP)项目。[58]

许多正在建设或规划的其他发电厂,主要集中在西班牙和美国。[59]在发展家,世界银行项目用于集成的太阳能热/联合循环燃气轮机发电厂已在埃及,墨西哥,摩洛哥获得批准。[59]

太阳能光伏

在Nellis空军基地的Nellis Solar Power Plant。这些面板在一个轴上跟踪太阳.

光伏(PV)电池,也被称为太阳能电池,将光转化成电力。在1980年代和1990年代初,大多数光伏组件被用来提供偏远地区供电。但是,从1995年左右,工业界所作出的努力已日益注重发展建筑整合太阳能和对电网连接光伏电站英语Photovoltaic power station的应用。

特别是日照充足的地区,如在美国南部,西班牙,中东,北非,印度和部分地区,现代化的太阳能电池组件是实现电网平价。并且在位于进一步北方的国家如德国,法国和捷克共和国,被预计到2015年光伏发电实现电网平价。[60]

技术价格的下降和化石燃料成本上升,正在使光伏(PV)电厂对于大投资者们越来越有吸引力。[60]截至2011年12月,在世界上最大的光伏(PV)电厂是格尔木太阳能园区(, 200 MW), Sarnia Photovoltaic Power Plant英语Sarnia Photovoltaic Power Plant (加拿大, 97 MW), Montalto di Castro Photovoltaic Power Station英语Montalto di Castro Photovoltaic Power Station (意大利, 84.2 MW), Finsterwalde Solar Park英语Finsterwalde Solar Park (德国, 80.7 MW), Okhotnykovo Solar Park英语Okhotnykovo Solar Park (乌克兰, 80 MW), Lieberose Photovoltaic Park英语Lieberose Photovoltaic Park (德国, 71.8 MW), Rovigo Photovoltaic Power Plant英语Rovigo Photovoltaic Power Plant (意大利, 70 MW), Olmedilla Photovoltaic Park英语Olmedilla Photovoltaic Park (西班牙, 60 MW),和Strasskirchen Solar Park英语Strasskirchen Solar Park (德国, 54 MW).[61]

美国总统奥巴马在DeSoto Next Generation Solar Energy Center英语DeSoto Next Generation Solar Energy Center发表演讲。

还有许多大型工厂正在兴建。Desert Sunlight Solar Farm英语Desert Sunlight Solar Farm是一个正在建设中的550 MW的太阳能电厂,位于加州河滨县,它将使用由First Solar英语First Solar公司制造的薄膜太阳能光伏组件。[62]Topaz Solar Farm英语Topaz Solar Farm是一个正在兴建中的550 MW的光伏电站,位于加州圣路易斯-奥比斯波县。[63]Blythe Solar Power Project英语Blythe Solar Power Project是一个正在建设中500 MW光伏电站,位于加州河滨县。Agua Caliente Solar Project英语Agua Caliente Solar Project是一个正在建设中290 MW的太阳能光伏发电设施,位于亚利桑那州尤马县。California Valley Solar Ranch英语California Valley Solar Ranch(CVSR)是一个正在建设的250 MW的太阳能光伏发电厂,由SunPower公司建造,位于加州谷英语California Valley, California东北部的Carrizo Plain英语Carrizo Plain平原。[64]230 MW的Antelope Valley Solar Ranch英语Solar power plants in the Mojave Desert#Antelope Valley Solar RanchFirst Solar英语First Solar公司的太阳能光伏发电项目,这是在羚羊谷地区的西部莫哈韦沙漠,并将于2013年完成的施工。[65]

太阳能光伏产业正在快速增长,尽管基数较小,在2011年年底前全球总容量为67 GW,相当于全球电力需求量的0.5%。[66]超过100个国家和地区使用太阳能光伏发电。[67]

太阳能电池的价格下降很快,在2014时,在主要市场增设太阳能电池,已经不需要补贴即可跟传统能源竞争。

风力发电

风能:全球装机容量[68]
在美国的土地所有者通常从每个风力涡轮机上会收到每年$3,000至$5,000美元的租金收入,而在涡轮机的脚下,农民继续种植庄稼和放牛。[69]

有些第二代的可再生能源,如风力发电,具有很大的潜力,并已实现了相对较低的生产成本。[70][71]在2010年,全球风力发电装置增加了35,800 MW,总装机容量达194,400 MW,和在2009年年底的158,700 MW的装机容量相比,增加22.5%。

2010年的增加代表了投资总额为€473亿(美元650亿),和在第一次的占所有新的风电的一半以上是被增加在传统市场欧洲和北美以外,主要是由于在持续繁荣的市场占了近一半的所有16,500 MW的安装容量。目前拥有42,300 MW的风电装机容量。[72]风力发电占发电在丹麦的约19%,西班牙和葡萄牙的9%,在德国和爱尔兰共和国的6%。[73]这些都是一些在世界上最大的风电场,截至2011年12月:

风电场 装机容量
(MW)
国家
Alta Wind Energy Center英语Alta Wind Energy Center 720 美国
Capricorn Ridge Wind Farm英语Capricorn Ridge Wind Farm 662 美国
Fântânele-Cogealac Wind Farm英语Fântânele-Cogealac Wind Farm 600 罗马尼亚
Fowler Ridge Wind Farm英语Fowler Ridge Wind Farm 600 美国
Horse Hollow Wind Energy Center英语Horse Hollow Wind Energy Center 736 美国
伦敦阵列 1000 英国
Roscoe Wind Farm英语Roscoe Wind Farm 781 美国
San Gorgonio Pass Wind Farm英语San Gorgonio Pass Wind Farm 619 美国
谢菲德平原风电厂 845 美国
Sheringham Shoal Offshore Wind Farm英语Sheringham Shoal Offshore Wind Farm 317 英国
Tehachapi Pass Wind Farm英语Tehachapi Pass Wind Farm 690 美国

有许多大型风电场正在建设中,其中包括Anholt Offshore Wind Farm英语Anholt Offshore Wind Farm (400 MW), BARD Offshore 1英语BARD Offshore 1 (400 MW), Clyde Wind Farm英语Clyde Wind Farm (548 MW), Greater Gabbard wind farm英语Greater Gabbard wind farm (500 MW), Lincs Wind Farm英语Lincs Wind Farm (270 MW), Lower Snake River Wind Project英语Lower Snake River Wind Project (343 MW), and the Walney Wind Farm英语Walney Wind Farm(367 MW)。

现代形式的生物能源

全球运输燃料乙醇生产在2000年和2007年间增加了翻了三倍,从170到超过520亿升,而生物柴油扩大了十倍以上,从不到10亿到近110亿升。生物燃料提供全球运输燃料的1.8%,并最近的估计表明它正在持续高速增长。运输用生物燃料的主要生产国是美国,巴西和欧盟。[74]

巴西拥有在世界上最大的可再生能源项目之一,涉及从甘蔗生产燃料乙醇,并且乙醇现在提供了全国18%的汽车燃料。作为一个这样做的结果和开采的国内深水石油来源,巴西曾经必须每年进口相当大份额的石油用于国内消费的需要,最近达到液体燃料的完全自给自足。[75][76]

美国加州油泵上的乙醇信息

几乎所有在美国出售的汽油混合10%乙醇被称为E10的混合燃料[77],并且汽车制造商已经生产车辆可以设计运行在更高比例混合的乙醇混合燃料。福特汽车,戴姆勒 - 克莱斯勒,通用汽车汽车公司出售灵活燃料汽车英语Flexible-fuel vehicle,卡车和小型货车,它们都可以使用从纯汽油燃料到汽油和乙醇混合85%乙醇(E85)燃料。目前的挑战是扩大生物燃料市场到它们在那里迄今为止最受欢迎的农业州以外。2005年能源政策法案要求到2012年每年使用的生物燃料为750亿美制加仑(28,000,000立方米),也将有助于扩大市场。[78]

日益增长的乙醇和生物柴油产业提供就业机会,工厂的建设,运营和维护,主要集中在农村地区。根据可再生燃料协会,“乙醇行业创造了仅在2005年的近154,000个在美国的就业机会,提高家庭收入$57亿美元。它也在地方,州和联邦级别上贡献了约350亿美元的税收收入”。[78]

第三代技术

第三代可再生能源技术仍处于开发阶段,并且其中包括先进的生物质气化,生物炼制英语Biorefinery技术,高温岩石地热能英语hot-dry-rock发电和海洋能等。第三代技术尚未得到广泛证明或仅具有有限的商业化。许多技术已露端倪,可能有潜力与其他可再生能源技术相比较,但仍然依赖于吸引足够的重视和研发经费。[3]

新的生物能源技术

选定的商业纤维素乙醇工厂
在美国[79][80]
(运营或建设中)
公司 地点 原料
Abengoa Bioenergy Hugoton, KS 小麦秸秆
BlueFire Ethanol英语BlueFire Ethanol Irvine, CA 多个来源
Gulf Coast Energy Mossy Head, FL 木头废料
Mascoma英语Mascoma Corporation Lansing, MI 木头
POET LLC英语POET LLC Emmetsburg, IA 玉米芯
SunOpta英语SunOpta Little Falls, MN 木材刨花
Xethanol英语Xethanol Auburndale, FL 柑橘果皮

根据国际能源署构,纤维素乙醇生物炼制可能让生物燃料在未来发挥更大的作用,这作用比如国际能源署等组织以前认为的作用更大。[81]纤维素乙醇可以由植物物质构成,主要是不宜食的纤维素纤维形成的大多数植物的茎和枝。农作物残余物(如玉米秸秆,小麦秸秆和水稻秸秆等),木材废料和城市固体废物是纤维素生物质的潜在来源。专用于能源的农作物,例如柳枝稷,是有前途的纤维素来源;它们可以在许多地区可持续生产英语Sustainable biofuel成为纤维素的来源。[82]

海洋能源

海洋能是来自海中的各种形式的可再生能源,包括有波浪能,潮汐能,河流,海流能,海上风电,海水盐差能(盐度梯度能源)和海洋热梯度能量。[83]

潮汐发电

世界第一座潮汐能电站是郎斯潮汐电站英语Rance Tidal Power Station (240 MW)。该设施位于法国布列塔尼的郎斯河河口。它在1966年11月26日开业,目前被法国电力公司经营。

254 MW的韩国始华湖潮汐电厂是世界上装机容量最大的潮汐电力设施。在2011年施工完成。[84][85]

波浪发电

波浪能是海洋表面波浪运动所转送的能量。海洋波浪是由太阳能源转换而成的,因为太阳辐射的不均匀加热与地壳冷却及地球自转造成风,风吹过海面又形成波浪,波浪所产生的能量与风速成一定比例。而波浪起伏造成水的运动,此运动包括波浪运动的位能差、往复力或浮力产生的动力来发电。波浪能是海洋能中能量最不稳定又无规律的能源。

增强型地热系统(EGS)

截至2008年,地热发电开发在超过40个国家和地区正在进行,部分原因是新技术的发展,例如增强型地热系统英语Enhanced geothermal systems(EGS)。[55]Binary cycle英语Binary cycle发电厂和改善钻井和开采技术的发展,可以启用一个比“传统的”地热系统的更大的地理范围的增强型地热系统英语Enhanced geothermal systems

示范EGS项目的已经投入运行于美国,澳大利亚,德国,法国和英国。[86]

可再生能源工业

维斯塔斯(Vestas)风力涡轮机
单晶硅太阳能电池

在可再生能源领域的总投资,在2009年从$1600亿美元,达到2010年的$2110亿美元。在2010年的投资最多的国家是,德国,美国,意大利和巴西。[6]可再生能源行业的继续增长得到预期,还有,促进政策有助于该行业比许多其他行业更加耐候2009年的经济危机。[87]

风能公司

截至2010年,维斯塔斯(英语:Vestas,丹麦)在市场交易量的百分比上是世界上最大的风力涡轮机制造商,华锐风电()排在第二位。维斯塔斯和华锐风电共同交付在2010年新增的风电装机容量为10,228 MW,与它们自己的市场份额为25.9%。GE能源英语GE Energy(美国)排在第三位,紧随其后的是另一家供应商金风科技。德国爱纳康(Enercon)公司在世界上排名第五,其后是印度的Suzlon英语Suzlon位居第六。[88]

光伏公司

First Solar英语First Solar公司在2009年成为世界上最大的太阳能电池制造商,生产1,100 MW的产品,占13%的市场份额。尚德电力在2009年以生产能力为595 MW和7%的市场份额排在第二位。[89]紧随其后领导者们的是夏普,有580 MW的产量,Q-Cells英语Q-Cells公司有540 MW的产量。英利绿色能源,晶澳太阳能控股公司英语JA Solar Holdings,太阳能源(SunPower)公司,京瓷,Motech Solar和Gintech也分别在2009年排名的前10名。[89]

2013
排名
太阳能模块
公司
改变
自从2012年
国家
1 英利绿色能源控股有限公司  
2 天合光能有限公司英语Trina Solar +1  
3 夏普太阳能英语Sharp Solar +3  日本
4 加拿大太阳能英语Canadian Solar  加拿大
5 晶科能源控股有限公司 +3  
6 昱辉阳光能源有限公司英语ReneSola +7  
7 第一太阳能英语First Solar −2  美国
8 韩华新能源英语Hanwha Solarone +2  韩国
9 京瓷 +5  日本
10 晶澳太阳能英语JA Solar −3  
Sources:[90][91]

接纳所面临的非技术壁垒

目前的能源市场,机构和政策已经被制定成为支持生产和使用化石燃料。[92]虽然较新的和更清洁的技术可能提供社会和环境效益,但公用事业电力机构往往拒绝可再生资源,因为它们已经被训练为只有以大型的常规的电厂的方式思考。[93]故意的市场扭曲(如补贴),并非故意的市场扭曲(例如分割激励)可能打击可再生能源。[93]Benjamin K. Sovacool英语Benjamin K. Sovacool的认为,“在美国的可再生能源和提高能源效率所面临的一些最秘密的而强大的障碍,更多的是来自于文化和制度,而不是来自于工程和科学”。[94]

可再生能源技术的大规模商业化的障碍主要是政治而不是技术,[95]并且有许多研究已确定了可再生能源利用的一系列的“非技术壁垒”。[9][96][97]相对于其他形式的能源,这些障碍把可再生能源置于在市场营销的,机构的或政策的劣势。主要的障碍包括:[96][97]

  • 难以克服已经建立的能源系统,其中包括引进创新的能源系统的困难,特别是对光伏的分散式发电,原因是技术锁定,电力市场被设计成集中式发电厂,并通过建立运营商控制的市场。正如气候变化经济学的斯特恩报告(Stern Review)指出:

国家电网通常对集中式发电厂的运作量身定做,从而有利于它们的表现。而不容易适应这些电网的技术就可能很难进入市场,即使这项技术本身是具有商业可行性。这也适用于分散式发电,因为大多数电网不适合获得许多小来源的电力。大型可再生能源也可能会遇到的问题,如果它们都选址在远离现有电网的地区。[98]

  • 缺乏政府的政策支持,其中包括缺乏支持可再生能源技术部署的政策和法规,和现存的政策和法规阻碍可再生能源发展与支持传统能源的发展。例子包括化石燃料的补贴,不充足的消费者的可再生能源激励措施,政府承销核电厂事故,对可再生能源的复杂的分区和许可程序。
  • 信息传播和消费者认知度的缺乏。
  • 与常规能源技术相比,可再生能源技术有较高的资本成本。
  • 不充足的的可再生能源项目的融资方案,包括项目开发商,企业家和消费者不能充分获得可负担得起的融资。
  • 资本市场不完善,其中包括未能将所有传统能源的成本(例如,空气污染的影响,供应中断的风险)吸收,并且未能将所有可再生能源的好处(如清洁的空气,能源安全)吸收。
  • 不足的劳动技能和培训,其中包括缺乏充足的科学的,技术的和生产制造可再生能源所需的技能;缺乏可靠的安装,维护和检查服务;和难以提供足够的对新技术的培训的失败的教育系统。
  • 缺乏足够的法规,标准,电力互联,和净计量电价的指导方针。
  • 公众对可再生能源系统美观性的差评。
  • 缺乏在能源的选择和可再生能源项目的利益相关者/社区参与和合作。

由于有这样一系列广泛的非技术壁垒,因此没有“银弹”神奇解决方案,以推动可再生能源的过渡。因此,在理想情况下,需要有几种不同类型的政策工具相互配合,以克服不同类型的障碍。[97][99]必须建立一个政策框架,将扳平公平的竞争环境,纠正这种与化石燃料的传统方法的不平衡。政策领域必须跟上在能源领域具有广阔的发展趋势,以及反映特定的社会的,经济的和环境的优先级别。[100]

公共政策的领域

因为自由市场制度存在有一些基本限制,公共政策就在可再生能源商业化中发挥作用。正如斯特恩报告(Stern Review)所指出:

在一个自由化的的能源市场,投资者,经营者和消费者要面对他们的决定的全部费用。但是,在许多经济或能源行业的的情况下并不是这样。许多政策扭曲了能源市场,有利于现有的化石燃料技术。[98]

国际太阳能学会曾经说过:“历史上的常规能源资源的激励政策继续甚至直到在今天偏压市场,埋藏使用常规能源的许多真正的社会成本”。[101]

相比可再生能源系统,化石燃料的能源系统有不同的生产,传输和使用成本的特性,新的促销政策是必要的,以确保可再生能源系统的发展迅速和广泛是对社会所喜欢的。[92]

莱斯特·布朗英语Lester R. Brown曾经说过,市场上“没有包含的间接成本到提供商品或服务的价格,它确实没充分体现大自然系统的服务,和它没有尊重大自然系统的可持续的收益率阈值”。[102]市场也倾向于短期而不是长期,从而为子孙后代的关心是有限的。[102]税收和补贴转移可以帮助解决这些问题。[103]

转移税收

税收转移已引起经济学家们的广泛讨论和认可。它包括降低所得税,同时提高征收破坏环境的活动,以创造一个响应更快的市场。例如,对于煤炭征税,其中包括增加的医疗费用与呼吸受污染的空气,酸雨损害,气候破坏的成本和费用,将鼓励对可再生能源技术的投资。一些西欧国家已经税收转移,正处在被称为是环境税改革的过程中。[102]

转移补贴

正如有税收转移有必要,也有必要进行补贴转移。补贴是并不是一个本质上是坏的事情,通过政府补贴计划涌现了许多技术和产业。“斯特恩报告”解释了从过去30年的创新的20家重点,在14个当中只有一个是资金完全由私营部门资助,和9个由完全公共资金资助。[104]在具体的例子,互联网就是公共资金资助的的结果,把在政府实验室和研究机构之间的电脑都联系在一起。在加利福尼亚州,联邦减税和一个强大的州税扣除的组合,帮助建立现代风电产业。[103]

可再生能源的目标

设置国家的可再生能源目标可以是可再生能源政策的重要组成部分,这些目标通常被定义为对于主要能源和/或发电混合的一个百分比。例如,欧盟规定在2010年的一个指示性的可再生能源目标,是欧盟总能源结构中的12%和电力消费的22%。欧盟各成员国的国家目标也已成立,以满足欧盟总体的目标。其他定义了目标的发达国家的国家或区域包括澳大利亚,加拿大,以色列,日本,韩国,新西兰,挪威,新加坡,瑞士和美国的一些州。[105]

在一些发展家,国家目标是可再生能源战略的重要组成部分。设立可再生能源目标的发展家包括,印度,印度尼西亚,马来西亚,菲律宾,泰国,巴西,埃及,马里,南非。在一些工业化国家相比,许多发展家所设定的目标是相当温和的。[105]

在大多数国家的可再生能源的目标是指示性的,不具约束力,但它们协助政府行动和监管框架。环境计划署的建议,使可再生能源目标具有法律约束力,可成为一个重要的政策工具来实现更高的可再生能源市场的渗透。[105]

绿色经济刺激计划

在应对在2000年代后期的全球金融危机,世界各主要国家政府都提出了《绿色经济刺激计划》的项目,作为支持经济复苏主要的政策工具之一。在2010年和2011年,在绿色经济刺激计划的$1880亿美元资金已分配给可再生能源和提高能源效率。[106]

扳平竞争

最近的发展

预计可再生能源投资的全球增长 (2007-2017)[107]

在2006年许多事件把可再生能源推入政治议程,包括在11月的美国中期选举,这确定了清洁能源作为主流问题。此外,在2006年,“斯特恩报告”[13]作出了有力的低碳技术的投资的经济案例,并认为经济增长需要与降低能源消耗不必要是不兼容的。[108]根据环境计划署的趋势分析,气候变化的关注[12],加上最近油价高涨[109],增加政府的支持率正在推动越来越多的投资到可再生能源和提高能源效率的行业。[14][16]

在2007年,可再生能源的投资资本流入达到创纪录的$770亿美元,并且在2008年继续上升的趋势。[15]经济合作与发展组织仍占主导地位,但现在在,印度和巴西的公司有越来越多的活动。在2006年,公司是第二大风险资本的接受方,位于美国之后。同年,印度公司是在国外最大的净买方,主要是在更成熟的欧洲市场。[16]

2011年以后,太阳能电池开始大崩盘,到了2014年,太阳能发电在许多市场已经达到电网平价,配合上全球游资过多的现象,太阳能发电不需要政府补贴就可以大幅成长。

可持续能源

走向能源可持续性不但需要在提供能量的方式上有改变,而且需要在使用的能源方式上也有改变,并把提供各种产品或服务所需的能量的数量减少是至关重要的。在能量方程式中,在需求方改善的机会,是和那些在供应方改善的机会是同样的丰富多样,而且往往提供了显著的的经济利益。[110]

可持续能源的经济需要对可再生能源和能源效率的承诺。可再生能源和能源效率据说是可持续能源政策的"双支柱"。美国节能经济委员会英语American Council for an Energy-Efficient Economy已经解释,为了稳定和降低二氧化碳排放量,这两种资源必须被开发:[111]

使用效率对减缓能源需求的增长是至关重要的,使不断增加清洁能源供应能够大幅削减化石燃料的使用。如果使用能源增长太快、可再生能源发展将追逐消退的目标。同样,除非清洁的能源供应迅速到来,需求增长放缓才将会开始减少总的排放量;此外需要降低能源的碳含量。[111]

国际能源署指出,可再生能源和提高能源效率政策,对于可持续能源未来的发展是两个相辅相成的工具,两者应共同发展,而不是独立发展。[112]

太阳能光伏局限

  • 生产过程

太阳能板的原材料和电脑芯片原材料一样。大量生产过程中需要大量能源,有毒有害化学物质。化学物质主要靠工厂所在地法律法规管控。某些太阳能工厂已经安装太阳能系统,用太阳能系统产生的清洁能源生产太阳能板。

  • 对电网的影响

截至2017年12月,澳洲东部昆士兰州有超过31%居民拥有屋顶太阳能系统,平均安装功率超过3.5千瓦(世界第一)。但是高太阳能系统普及率也给电网电压带来问题。居民区中午用电量低,主要以出售电力给电力公司为主。传统电网并没有考虑双向电力输送。在居民区电力大额传输回电网的时候,电压会逐步抬高,而且可能超过电器设备可能受范围 [113]. 。科学研究已经有方法解决这种问题,但是都有各种成本考虑,例如,在中压电网额外增加电压控制装置。 对于其他国家或地区的启示:没有系统性的分析和规划,单一鼓励促进太阳能在居民区的普及会带来新的风险。更好的方式之一是,通过税收或其他鼓励措施,促进工业和商业用户的太阳能系统安装。因为工商业用户主要用电高峰经常在白天,太阳能系统在日照白天发电,补充工商业用电,降低工商业对电网的压力。

  • 对能源投资和电费管理的影响

现实生活中的问题经常复杂多变,原因错综复杂。对于能源投资和电费管理也是同样的道理,没有适合每个方案的万用灵丹。太阳能系统投资也许是很好的选择,如果:当地阳光充足,电价较高而且持续涨价,政府通过财政或金融方式大力支持,电力可卖回给电力公司 (澳洲和德国)。投资回报经常是能源投资的主要考量。但是系统性的检查,评估和分析,也许会发现,在目前市场条件下,一套综合性的方案是最合适的。例如,通过房屋建筑能效提高[114],既有设备运行的改善[115],和太阳能系统投资[116] ,可能会提供业主最好的投资回报 [117]

参看

列表

  • 关于可再生能源的列表英语Lists about renewable energy
  • 大型风力发电场英语List of large wind farms
  • 知名的可再生能源组织英语List of notable renewable energy organizations
  • 各国的可再生能源列表英语List of renewable energy topics by country

条目

  • 清洁能源的趋势英语Clean Energy Trends
  • 各来源的电力代价
  • 生态税
  • 能源安全和可再生技术英语Energy security and renewable technology
  • 环保关税
  • 上网电价补贴政策(Feed-in tariff,缩写:FIT)
  • 国际可再生能源机构(IRENA)
  • 光伏财政激励英语PV financial incentives
  • 落基山研究所英语Rocky Mountain Institute - 美国资源政策智库
  • 清洁技术革命英语The Clean Tech Revolution
  • 第三次工业革命
  • 世界可再生能源理事会英语World Council for Renewable Energy

人物

  • Andrew Blakers英语Andrew Blakers
  • Michael Boxwell英语Michael Boxwell
  • Richard L. Crowther英语Richard L. Crowther
  • James Dehlsen英语James Dehlsen
  • Mark Diesendorf英语Mark Diesendorf
  • Rolf Disch英语Rolf Disch
  • Peter Droege英语Peter Droege
  • David Faiman英语David Faiman
  • Hans-Josef Fell英语Hans-Josef Fell
  • Harrison Fraker英语Harrison Fraker
  • Chris Goodall英语Chris Goodall
  • 阿尔·戈尔(Al Gore)
  • 米夏埃尔·格雷策尔
    (Michael Grätzel)
  • Martin Green英语Martin Green (professor)
  • Jan Hamrin英语Jan Hamrin
  • Denis Hayes英语Denis Hayes
  • Tetsunari Iida英语Tetsunari Iida
  • Mark Z. Jacobson英语Mark Z. Jacobson
  • Stefan Krauter英语Stefan Krauter
  • Jeremy Leggett英语Jeremy Leggett
  • Richard Levine英语Richard Levine
  • 埃默里·罗文斯英语Amory Lovins
  • Gaspar Makale英语Gaspar Makale
  • Joel Makower英语Joel Makower
  • Eric Martinot英语Eric Martinot
  • David Mills英语David Mills (solar researcher)
  • 黄鸣(Huang Ming)
  • Leonard L. Northrup Jr.英语Leonard L. Northrup Jr.
  • Arthur Nozik英语Arthur Nozik
  • Monica Oliphant英语Monica Oliphant
  • 史丹佛·奥维辛斯基
    (Stanford R. Ovshinsky)
  • Luis Palmer英语Luis Palmer
  • Alan Pears英语Alan Pears
  • Hélène Pelosse英语Hélène Pelosse
  • Ron Pernick英语Ron Pernick
  • Jeremy Rifkin英语Jeremy Rifkin
  • 赫尔曼·舍尔英语Hermann Scheer
  • 施正荣(Zhengrong Shi)
  • Benjamin K. Sovacool英语Benjamin K. Sovacool
  • Félix Trombe英语Félix Trombe
  • John Twidell英语John Twidell
  • Martin Vosseler英语Martin Vosseler
  • Stuart Wenham英语Stuart Wenham
  • Clint Wilder英语Clint Wilder
  • John I. Yellott英语John I. Yellott

参考文献

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外部链接

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