美国智库预测未来能源走向 部署新能源技术

    石油将继续发挥不可或缺作用

    在2020年之前，石油替代或减少石油使用的选择有限，但从长期来看，在2030至2035年可能会出现较大变化，因此要有目的的减少运输部门的石油使用。

    提高汽车能效。汽车节能的技术，现在已可以应用，而且新技术还在不断涌现。汽车节能是近期减少石油使用的最佳选择，此外，一些替代燃料在2020年后预计能够商业化。

    开发将生物质和煤转化为液体燃料的技术。纤维素乙醇是一个主要的石油替代方案，虽然纤维素能源作物的转换还没有商业规模的示范。生物质是可再生的，但有限的土地和水资源将限制年产量。按当前的农业生产能力，到2020年每年可以生产五亿干吨(dry　tons)生物质。如果届时纤维素乙醇已经实现商业化生产，那么每天可以提供50万桶燃料，到2035年，每天可以提供170万桶燃料，接近目前轻型汽车燃料用量的20%。

    为了达到每年供应五亿干吨生物质的能力，不仅需要政府制定鼓励农民种植纤维素能源作物的激励措施，还要求政府为数以百计的转化厂和配套基础设施提供许可。

    煤制液体燃料技术在美国以外得到了应用示范，尽管其转换过程产生的二氧化碳是石油的两倍。集成碳捕获和储存的液体煤燃料达到每天300万桶的生产能力，大约能满足目前运输部门燃料用量的25%，但对减排二氧化碳几乎没有作用。而且，要达到上述指标就需要增加比目前水平高50%的煤炭产量，这会导致增加额外的基础设施，包括煤炭开采、交通运输、煤制液体燃料厂与碳捕获和储存系统。这除了对环境产生一系列潜在的影响，还可能由于碳捕获和储存的成功商业化带来的煤炭消费量持续增长而抬高煤炭价格。结合碳捕获和储存技术的生物质煤混合液体燃料可以达到二氧化碳的零排放。60%为煤、40%为生物质的混合液体燃料达到每天250万桶的生产能力，就相当于美国运输部门燃料用量的20%。

    先进生物质转换技术的研发要求生物工程和生物技术在基础研究上有所突破。

    通过扩展插件式混合动力车、电池电动车和氢燃料电池车的应用，使轻型汽车电气化。这种转变需要先进电池和燃料电池技术的发展，以及为管理电力需求增加而对电网的现代化改造。

    电力行业有望减少温室气体排放

    报告认为，通过能效技术的广泛应用，制定可再生能源、煤炭、天然气、生物质能以及核能等多种电力供应技术替代的组合，电力行业在未来二三十年减少大量温室气体排放是可以实现的。

    碳捕获和储存与先进核电对这个技术组合的决策特别重要，为此，电力部门在未来10年必须尽快启动和完成对这两项关键技术的示范，以便其在2020年左右开始大规模应用。

    (1)对用煤炭和天然气发电的现有和新的发电厂来说，使用碳捕获和储存技术来封存二氧化碳，在技术上和成本上能否被市场接受还需验证。在2020年之前，这可能要求兴建(新建或改造)15到20个具备碳捕获和储存的示范电厂，来验证各种燃料、技术以及碳捕获和存储战略的可行性，关键是要表明碳捕获和储存在各类地质构造条件下可以按所需规模安全地应用。电力部门实现大幅度减排，可能需要数十年。

    (2)在未来十年，需兴建约五个示范核电厂来验证先进核能在美国是否可以商用。如果这些示范项目能够满足成本、进度和性能指标的要求，从2020年到2035年，每年可能都会建造三至五个新电厂。这种扩张将大大增加美国能源供应的多样性，弥补同阶段集成碳捕捉和储存与可再生能源不能满足的电力需求。

    在美国发展核电的障碍主要面临高成本、可能的应用管理瓶颈以及公众对安全的高度关注。来自集成碳捕捉和储存的燃煤发电、先进核电，海上风力发电、太阳能发电的电力成本，很可能会大大超过目前的电力生产成本。此外，关于用地、用水和潜在的健康安全影响等问题，可能会限制如碳捕捉和储存与核能等一些技术的应用。

    加快部署应用新能源技术

    未来十年，公共和私营部门需要开展广泛的研究、开发和示范工作。由于新技术的应用包含大量的不确定因素，加之各区域条件和技术需求不尽相同，因此对基础研究到示范推广创新链上的广泛型组合支持，可能会比单一的以确定和选择技术成败为目标的支持更为有效。在未来十年，高优先级的推广示范技术，包括碳捕获和储存、先进核电、纤维素乙醇和先进轻型车辆；而高优先级的研发则包括先进电池和燃料电池、大规模的电力负载存储管理、地热发电和先进的太阳能光伏发电技术。

    许多新兴能源供求技术的广泛应用遇到了障碍，包括周转缓慢的基础设施、有限的资源、潜在的高成本、性能以及有关温室气体排放限制的不确定等。要克服这些障碍，就需要制定包括奖励措施在内的有关法规和政策，比如建立能效标准，支持发展可再生能源，鼓励碳捕获与储存、先进核能和纤维素燃料技术的示范推广等。性能、易用性和成本等方面都能对投资人、购买者与用户产生强烈吸引的技术才是市场能够接受的技术。对性能指标要求明确的技术法规和标准可以刺激技术发展，并帮助改善市场的吸引力。报告指出：尽管这些新能源技术在未来二三十年具有可行性，但在科学技术领域、政策边界以及能源市场上仍然存在很多不确定性。

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    背景与目标

    由于能源市场的剧烈波动，全球日益增加的能源需求以及美国对石油、天然气进口及其来源的严重依赖，美国的能源安全愈益脆弱。目前，美国超过85%的能源供应由化石燃料提供，而化石燃料也占世界能源和消费的21%。美国运输业的能源几乎完全依赖石油，其中56%的石油消费需要进口。美国化石能源消耗每年产生约60亿吨的二氧化碳，约占世界二氧化碳总排放量的1/4。主要由温室气体排放导致的气候变化问题，同国家利益和政治利益联系愈加密切，也引起了对未来能源问题的日益关注。

    面对上述问题，美国未来如何提供足够的、廉价的以及可持续的能源供应是该报告研究的背景。

    报告的目标是促使决策者通过技术选择进行合理的能源生产、分配和运用，提高可持续发展能力，支持经济长期繁荣，促进能源安全，减少对环境的不利影响，并为后续的相关政策研究打好坚实基础。由于正在开发与将来可能应用的能源技术种类繁多，因此报告按2008—2020年、2020—2035年和2035—2050年三个阶段，对每个阶段最可能成熟应用的技术给予了重点关注和前景分析。报告指出，通过有效部署现有和新兴能源的供应，加快发展上述技术，并使两者有效组合，将有助于减少能源供应来源，实现大幅度的温室气体减排，从而实现可持续发展、经济长期繁荣和促进能源安全的目标。