2013年清潔能源領(lǐng)域取得的13項(xiàng)主要突破
[導(dǎo)讀]盡管每天關(guān)于氣候變化的消息聽起來似乎變得更加糟糕，但是快速改進(jìn)的技術(shù)、下降的成本和清潔能源的日益普遍的確成為我們奔向零碳未來的一大亮點(diǎn)。2013年，在清潔能源領(lǐng)域有許多的里程碑事件，但下面這13項(xiàng)關(guān)鍵突破值
盡管每天關(guān)于氣候變化的消息聽起來似乎變得更加糟糕，但是快速改進(jìn)的技術(shù)、下降的成本和清潔能源的日益普遍的確成為我們奔向零碳未來的一大亮點(diǎn)。2013年，在清潔能源領(lǐng)域有許多的里程碑事件，但下面這13項(xiàng)關(guān)鍵突破值得我們認(rèn)真玩味一下。
1.配備熔鹽儲熱的光熱電站建成。
借助能源部貸款項(xiàng)目的支持，今年10月位于亞利桑那州的Solana280MW太陽能光熱電站并網(wǎng)。該電站有一大特色：利用“鹽電池”在無光的情況下保持持續(xù)發(fā)電。對美國來說，Solana電站是熱能儲存的第一次，也是全球最大的利用拋物鏡聚焦太陽能發(fā)電的電站。
2.可以為建筑物提供電力的電動車電池
世界各地大多數(shù)的電力供應(yīng)在繁忙的高峰時段比晚上擁有更高的用電需求。因此，日產(chǎn)的工程師認(rèn)為，如果他們可以在夜間為電動汽車的電池充電，然后利用這個存儲的能量在白天為建筑物提供電能，以此就可減少白天需求的昂貴電費(fèi)。Vehicle-To-Building系統(tǒng)測試證實(shí)了這一想法的可行性。在用電高峰期，電費(fèi)較為昂貴時，電動汽車為建筑提供電能；而在非用電高峰期時段，電動汽車則處于充電狀態(tài)。
這個系統(tǒng)在日產(chǎn)位于厚木市的先進(jìn)技術(shù)中心進(jìn)行了測試，其在用電高峰期時段可以為建筑減少約2.5%的能源損耗，也就意味著每年幾乎可以節(jié)省約5000美元的電費(fèi)開支。為了此次測試，日產(chǎn)投入了6量聆風(fēng)電動汽車，在修改優(yōu)化后的充電站上進(jìn)行正常供電測試。
3.新一代風(fēng)力渦輪機(jī)是“游戲規(guī)則改變者”。
2013年5月迎來了通用電氣Brilliant風(fēng)力渦輪機(jī)系列，該系列產(chǎn)品在渦輪機(jī)內(nèi)融入了兩項(xiàng)技術(shù)用以解決儲存和間歇性問題。渦輪機(jī)內(nèi)置的電網(wǎng)級電池可以在起風(fēng)而不需要電力的時候把電力存儲起來，并在需要的時候再輸入電網(wǎng)，消除電力供應(yīng)時的波動。與化石燃料電站相比，這是解決高峰電力需求更加有效的一種方式，使得其純粹從業(yè)務(wù)角度考慮具有不小的吸引力。59個渦輪機(jī)運(yùn)往密歇根州，剩余兩個將抵達(dá)德克薩斯州。
4.太陽能實(shí)現(xiàn)與煤的市電同價
1977年，太陽能光伏電池成本每瓦76.67美元，然后出現(xiàn)暴跌。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì)2013年光伏電池的價格將來到每瓦0.74美元，其實(shí)截止今年第一季度光伏電池的售價為每瓦0.64美元。這也降低了太陽能安裝成本，由于陽光是免費(fèi)的，較低的安裝成本意味著降低的電力費(fèi)用。2013年，太陽能實(shí)現(xiàn)與煤的市電同價：2月，一家西南公用事業(yè)公司同意以低于新火電廠現(xiàn)行價格的水平從新墨西哥州一座太陽能項(xiàng)目那里購買電力。在意大利和印度，未接受補(bǔ)貼的太陽能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平價上網(wǎng)。太陽能安裝在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。在美國，降低的組件成本也壓低了安裝價格。
5.海浪推動可再生能源進(jìn)一步發(fā)展。
作為第一個商業(yè)并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目，美國緬因州海岸的水下潮汐渦輪發(fā)電機(jī)已經(jīng)成功運(yùn)行了一年之久。海洋可再生電力公司（ORPC）已經(jīng)放眼更大規(guī)模的增長。該項(xiàng)目已經(jīng)投入超過2100萬美元，三月份進(jìn)行的環(huán)境評估發(fā)現(xiàn)其對海洋環(huán)境沒有不利影響。在能源部的幫助之下，2014年該項(xiàng)目將再部署兩臺設(shè)備。今年十一月，ORPC被選中來管理位于阿拉斯加亞庫塔特的波浪能量轉(zhuǎn)換項(xiàng)目。
6.利用海浪來生產(chǎn)淡水。
今年，西澳大利亞州Carnegie波浪能有限公司宣布將使用波浪能為海水淡化工廠供電。該工廠將使用Carnegie波浪能公司的水下浮標(biāo)技術(shù)，利用波浪能直接驅(qū)動海水淡化高壓泵，用壓力驅(qū)動海水通過一系列滲透膜裝置，轉(zhuǎn)變?yōu)榭娠嬘玫牡?。該?xiàng)目是世界上第一次嘗試使用波浪能直接驅(qū)動海水淡化高壓泵，對于減少碳排放和電力消耗具有重要意義。計(jì)劃細(xì)節(jié)于十月份完成，十一月份授予制造合同。竣工后，該海水淡化工廠每年將提供550億升新鮮的飲用水。
7.超薄太陽能電池打破轉(zhuǎn)換效率記錄。
轉(zhuǎn)換效率是光照打在太陽能電池后實(shí)際轉(zhuǎn)化成電能的量，通常的數(shù)值為18.7%和24%。但是，硅谷太陽能制造商AltaDevices在今年創(chuàng)造了30.8%的轉(zhuǎn)換效率新紀(jì)錄。該方法比較昂貴的，但結(jié)果是一塊經(jīng)久耐用、超薄太陽能電池上非常小的面積就可以產(chǎn)生大量的電力。這使得Alta的電池片最適合小型便攜式電子設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦。該公司正在討論將它們應(yīng)用到手機(jī)、煙霧探測器、門磁報(bào)警器、電腦、手表和遙控器等裝置上。
8.電池較以往更加安全、輕便、儲存更多。
豐富和具有成本效益的存儲技術(shù)對清潔能源經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，這一點(diǎn)在電動車上體現(xiàn)地更加淋淋盡致。但是，目前的電池并不總是保持足夠的電荷來長時間驅(qū)動電力汽車，想要實(shí)現(xiàn)該目的就得顯著增加電池的體積和成本。不過，2013年初，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員成功地演示了新的鋰離子電池技術(shù)，可以在更小的尺寸里存儲更多的能量，而且更安全，很少出現(xiàn)短路現(xiàn)象。他們利用納米技術(shù)創(chuàng)造固體、超薄、多孔電解質(zhì)，還結(jié)合了可能會進(jìn)一步提高成本效益的鋰硫電池技術(shù)。
9.新時代的漂浮式海上風(fēng)力渦輪機(jī)。
近海地區(qū)是建設(shè)風(fēng)電場的最佳地點(diǎn)，但是標(biāo)準(zhǔn)的渦輪機(jī)需要大量的建設(shè)施工，并僅限于海水深度不超過60米。不過，挪威石油和天然氣公司--挪威國家石油公司今年開始在蘇格蘭海岸建設(shè)漂浮風(fēng)力渦輪機(jī)。渦輪機(jī)僅僅需要幾根纜繩將它們固定住，并且可以放置在深度達(dá)700米的水中。這可能會極大地?cái)U(kuò)大經(jīng)濟(jì)實(shí)用的海上風(fēng)電量。該區(qū)域?qū)⒊蔀槭澜缟献畲蟮钠★L(fēng)力發(fā)電場。此外，兩個漂浮式渦輪機(jī)計(jì)劃部署在日本福島沿岸，一同安裝的還有世界上第一座漂浮式變電站。
10.利用直流電源減少電費(fèi)。
目前，交流電（AC）而不是直流電流（DC）是用電的主要標(biāo)準(zhǔn)。但是，直流電也有自己的優(yōu)點(diǎn)：便宜、高效，適用于太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)，并且不需要浪費(fèi)能源的適配器。臉譜、摩根大通、斯普林特公司、波音公司和美國銀行都建立了依靠直流電源的數(shù)據(jù)中心，因?yàn)橹绷鞴╇娦矢叱?0%，成本降低了30%，并且占地面積要求也減少25%到40%。在住宅層面，新的USB技術(shù)將很快能夠傳輸100瓦的功率，將直流電源分配給電壓越來越低的個人電子產(chǎn)品，并減少電費(fèi)開支。
11.植物廢料清潔能源的商業(yè)化生產(chǎn)最終來臨。
取自玉米的乙醇曾被視為替代汽油的氣候友好型衍生產(chǎn)品，正受到越來越多火災(zāi)的威脅。許多專家認(rèn)為它抬高了糧食價格，研究對它在生命周期內(nèi)是否真的減少二氧化碳釋放持不同的意見。纖維素生物燃料有望越過這些障礙，2013年該行業(yè)或許終將轉(zhuǎn)危為安。INOESBio位于佛羅里達(dá)州的纖維素乙醇工廠以及KiOR位于密西西比州的纖維素廠今年開始了商業(yè)化生產(chǎn)。另外兩個纖維素乙醇工廠位于愛荷華州，還有一個位于堪薩斯州，正處于建設(shè)之中。該產(chǎn)業(yè)表示將很容易實(shí)現(xiàn)擬定的2014年170萬加侖纖維素燃料的任務(wù)。
12.創(chuàng)新融資讓更多人用上清潔能源。
在哥倫比亞特區(qū)，有史以來第一次的“房產(chǎn)評估清潔能源（PACE）計(jì)劃”允許通過投資效率和可再生能源，征收物業(yè)特別稅來償還，從而降低業(yè)主風(fēng)險(xiǎn)。PACE是美國白宮推行的一項(xiàng)清潔能源融資計(jì)劃，通過計(jì)劃，城市將發(fā)行市政債券，然后向房產(chǎn)業(yè)主放貸用于更換門、窗及其他材料以減少能源和水用量并安裝屋頂太陽能電池板等可再生能源系統(tǒng)。清潔能源項(xiàng)目大眾融資取得重大進(jìn)展，讓更多人用上分布式可再生能源，特別是世界上的貧窮人口。SolarMosaic正在美國倡導(dǎo)貧困社區(qū)投資太陽能。加利福尼亞州想出如何讓沒有房產(chǎn)或沒有適合安裝太陽能的屋頂?shù)娜耍〒?jù)推測，加州約有75%的住戶處于無法設(shè)置太陽能發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)）仍能為他們的家庭或企業(yè)購買100%的清潔能源。以科羅拉多州成功的舉措為藍(lán)本，明尼蘇達(dá)州掀起了社區(qū)太陽能花園計(jì)劃。華盛頓特區(qū)投票引入“虛擬凈計(jì)量電價”（virtualnetmetering），允許人們購買大型太陽能或風(fēng)能項(xiàng)目的一部分，然后將屬于他們的電力出售或退還到電網(wǎng)，從而減少電費(fèi)支出。
13.風(fēng)力發(fā)電和化石燃料一樣具有競爭力。
“我們看到，現(xiàn)在與風(fēng)電場簽訂的電力購買協(xié)議已經(jīng)低至每兆瓦時25美元，”摩根士丹利北美電力及公用事業(yè)和清潔能源證券研究部主管斯蒂芬?伯德說道。他解釋說，風(fēng)力持續(xù)存在的可變成本可以忽略不計(jì)，這意味著所有者可以通過將前期投資分割成盡可能多的單位來降低購電協(xié)議成本。結(jié)果，中西部地區(qū)較大的風(fēng)力發(fā)電場正面臨粉河盆地煤電廠的“惡性競爭?！倍?，即使沒有生產(chǎn)稅收抵免，風(fēng)電還是能夠削弱很多天然氣發(fā)電廠。風(fēng)力發(fā)電具有可行性一個很明顯的標(biāo)志就是，目前其已經(jīng)滿足了愛荷華州25%的能源需求，預(yù)計(jì)到2018年這一數(shù)值將達(dá)到驚人的50%。
1.配備熔鹽儲熱的光熱電站建成。
借助能源部貸款項(xiàng)目的支持，今年10月位于亞利桑那州的Solana280MW太陽能光熱電站并網(wǎng)。該電站有一大特色：利用“鹽電池”在無光的情況下保持持續(xù)發(fā)電。對美國來說，Solana電站是熱能儲存的第一次，也是全球最大的利用拋物鏡聚焦太陽能發(fā)電的電站。
2.可以為建筑物提供電力的電動車電池
世界各地大多數(shù)的電力供應(yīng)在繁忙的高峰時段比晚上擁有更高的用電需求。因此，日產(chǎn)的工程師認(rèn)為，如果他們可以在夜間為電動汽車的電池充電，然后利用這個存儲的能量在白天為建筑物提供電能，以此就可減少白天需求的昂貴電費(fèi)。Vehicle-To-Building系統(tǒng)測試證實(shí)了這一想法的可行性。在用電高峰期，電費(fèi)較為昂貴時，電動汽車為建筑提供電能；而在非用電高峰期時段，電動汽車則處于充電狀態(tài)。
這個系統(tǒng)在日產(chǎn)位于厚木市的先進(jìn)技術(shù)中心進(jìn)行了測試，其在用電高峰期時段可以為建筑減少約2.5%的能源損耗，也就意味著每年幾乎可以節(jié)省約5000美元的電費(fèi)開支。為了此次測試，日產(chǎn)投入了6量聆風(fēng)電動汽車，在修改優(yōu)化后的充電站上進(jìn)行正常供電測試。
3.新一代風(fēng)力渦輪機(jī)是“游戲規(guī)則改變者”。
2013年5月迎來了通用電氣Brilliant風(fēng)力渦輪機(jī)系列，該系列產(chǎn)品在渦輪機(jī)內(nèi)融入了兩項(xiàng)技術(shù)用以解決儲存和間歇性問題。渦輪機(jī)內(nèi)置的電網(wǎng)級電池可以在起風(fēng)而不需要電力的時候把電力存儲起來，并在需要的時候再輸入電網(wǎng)，消除電力供應(yīng)時的波動。與化石燃料電站相比，這是解決高峰電力需求更加有效的一種方式，使得其純粹從業(yè)務(wù)角度考慮具有不小的吸引力。59個渦輪機(jī)運(yùn)往密歇根州，剩余兩個將抵達(dá)德克薩斯州。
4.太陽能實(shí)現(xiàn)與煤的市電同價
1977年，太陽能光伏電池成本每瓦76.67美元，然后出現(xiàn)暴跌。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì)2013年光伏電池的價格將來到每瓦0.74美元，其實(shí)截止今年第一季度光伏電池的售價為每瓦0.64美元。這也降低了太陽能安裝成本，由于陽光是免費(fèi)的，較低的安裝成本意味著降低的電力費(fèi)用。2013年，太陽能實(shí)現(xiàn)與煤的市電同價：2月，一家西南公用事業(yè)公司同意以低于新火電廠現(xiàn)行價格的水平從新墨西哥州一座太陽能項(xiàng)目那里購買電力。在意大利和印度，未接受補(bǔ)貼的太陽能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平價上網(wǎng)。太陽能安裝在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。在美國，降低的組件成本也壓低了安裝價格。
5.海浪推動可再生能源進(jìn)一步發(fā)展。
作為第一個商業(yè)并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目，美國緬因州海岸的水下潮汐渦輪發(fā)電機(jī)已經(jīng)成功運(yùn)行了一年之久。海洋可再生電力公司（ORPC）已經(jīng)放眼更大規(guī)模的增長。該項(xiàng)目已經(jīng)投入超過2100萬美元，三月份進(jìn)行的環(huán)境評估發(fā)現(xiàn)其對海洋環(huán)境沒有不利影響。在能源部的幫助之下，2014年該項(xiàng)目將再部署兩臺設(shè)備。今年十一月，ORPC被選中來管理位于阿拉斯加亞庫塔特的波浪能量轉(zhuǎn)換項(xiàng)目。
6.利用海浪來生產(chǎn)淡水。
今年，西澳大利亞州Carnegie波浪能有限公司宣布將使用波浪能為海水淡化工廠供電。該工廠將使用Carnegie波浪能公司的水下浮標(biāo)技術(shù)，利用波浪能直接驅(qū)動海水淡化高壓泵，用壓力驅(qū)動海水通過一系列滲透膜裝置，轉(zhuǎn)變?yōu)榭娠嬘玫牡?。該?xiàng)目是世界上第一次嘗試使用波浪能直接驅(qū)動海水淡化高壓泵，對于減少碳排放和電力消耗具有重要意義。計(jì)劃細(xì)節(jié)于十月份完成，十一月份授予制造合同。竣工后，該海水淡化工廠每年將提供550億升新鮮的飲用水。
7.超薄太陽能電池打破轉(zhuǎn)換效率記錄。
轉(zhuǎn)換效率是光照打在太陽能電池后實(shí)際轉(zhuǎn)化成電能的量，通常的數(shù)值為18.7%和24%。但是，硅谷太陽能制造商AltaDevices在今年創(chuàng)造了30.8%的轉(zhuǎn)換效率新紀(jì)錄。該方法比較昂貴的，但結(jié)果是一塊經(jīng)久耐用、超薄太陽能電池上非常小的面積就可以產(chǎn)生大量的電力。這使得Alta的電池片最適合小型便攜式電子設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦。該公司正在討論將它們應(yīng)用到手機(jī)、煙霧探測器、門磁報(bào)警器、電腦、手表和遙控器等裝置上。
8.電池較以往更加安全、輕便、儲存更多。
豐富和具有成本效益的存儲技術(shù)對清潔能源經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，這一點(diǎn)在電動車上體現(xiàn)地更加淋淋盡致。但是，目前的電池并不總是保持足夠的電荷來長時間驅(qū)動電力汽車，想要實(shí)現(xiàn)該目的就得顯著增加電池的體積和成本。不過，2013年初，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員成功地演示了新的鋰離子電池技術(shù)，可以在更小的尺寸里存儲更多的能量，而且更安全，很少出現(xiàn)短路現(xiàn)象。他們利用納米技術(shù)創(chuàng)造固體、超薄、多孔電解質(zhì)，還結(jié)合了可能會進(jìn)一步提高成本效益的鋰硫電池技術(shù)。
9.新時代的漂浮式海上風(fēng)力渦輪機(jī)。
近海地區(qū)是建設(shè)風(fēng)電場的最佳地點(diǎn)，但是標(biāo)準(zhǔn)的渦輪機(jī)需要大量的建設(shè)施工，并僅限于海水深度不超過60米。不過，挪威石油和天然氣公司--挪威國家石油公司今年開始在蘇格蘭海岸建設(shè)漂浮風(fēng)力渦輪機(jī)。渦輪機(jī)僅僅需要幾根纜繩將它們固定住，并且可以放置在深度達(dá)700米的水中。這可能會極大地?cái)U(kuò)大經(jīng)濟(jì)實(shí)用的海上風(fēng)電量。該區(qū)域?qū)⒊蔀槭澜缟献畲蟮钠★L(fēng)力發(fā)電場。此外，兩個漂浮式渦輪機(jī)計(jì)劃部署在日本福島沿岸，一同安裝的還有世界上第一座漂浮式變電站。
10.利用直流電源減少電費(fèi)。
目前，交流電（AC）而不是直流電流（DC）是用電的主要標(biāo)準(zhǔn)。但是，直流電也有自己的優(yōu)點(diǎn)：便宜、高效，適用于太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)，并且不需要浪費(fèi)能源的適配器。臉譜、摩根大通、斯普林特公司、波音公司和美國銀行都建立了依靠直流電源的數(shù)據(jù)中心，因?yàn)橹绷鞴╇娦矢叱?0%，成本降低了30%，并且占地面積要求也減少25%到40%。在住宅層面，新的USB技術(shù)將很快能夠傳輸100瓦的功率，將直流電源分配給電壓越來越低的個人電子產(chǎn)品，并減少電費(fèi)開支。
11.植物廢料清潔能源的商業(yè)化生產(chǎn)最終來臨。
取自玉米的乙醇曾被視為替代汽油的氣候友好型衍生產(chǎn)品，正受到越來越多火災(zāi)的威脅。許多專家認(rèn)為它抬高了糧食價格，研究對它在生命周期內(nèi)是否真的減少二氧化碳釋放持不同的意見。纖維素生物燃料有望越過這些障礙，2013年該行業(yè)或許終將轉(zhuǎn)危為安。INOESBio位于佛羅里達(dá)州的纖維素乙醇工廠以及KiOR位于密西西比州的纖維素廠今年開始了商業(yè)化生產(chǎn)。另外兩個纖維素乙醇工廠位于愛荷華州，還有一個位于堪薩斯州，正處于建設(shè)之中。該產(chǎn)業(yè)表示將很容易實(shí)現(xiàn)擬定的2014年170萬加侖纖維素燃料的任務(wù)。
12.創(chuàng)新融資讓更多人用上清潔能源。
在哥倫比亞特區(qū)，有史以來第一次的“房產(chǎn)評估清潔能源（PACE）計(jì)劃”允許通過投資效率和可再生能源，征收物業(yè)特別稅來償還，從而降低業(yè)主風(fēng)險(xiǎn)。PACE是美國白宮推行的一項(xiàng)清潔能源融資計(jì)劃，通過計(jì)劃，城市將發(fā)行市政債券，然后向房產(chǎn)業(yè)主放貸用于更換門、窗及其他材料以減少能源和水用量并安裝屋頂太陽能電池板等可再生能源系統(tǒng)。清潔能源項(xiàng)目大眾融資取得重大進(jìn)展，讓更多人用上分布式可再生能源，特別是世界上的貧窮人口。SolarMosaic正在美國倡導(dǎo)貧困社區(qū)投資太陽能。加利福尼亞州想出如何讓沒有房產(chǎn)或沒有適合安裝太陽能的屋頂?shù)娜耍〒?jù)推測，加州約有75%的住戶處于無法設(shè)置太陽能發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)）仍能為他們的家庭或企業(yè)購買100%的清潔能源。以科羅拉多州成功的舉措為藍(lán)本，明尼蘇達(dá)州掀起了社區(qū)太陽能花園計(jì)劃。華盛頓特區(qū)投票引入“虛擬凈計(jì)量電價”（virtualnetmetering），允許人們購買大型太陽能或風(fēng)能項(xiàng)目的一部分，然后將屬于他們的電力出售或退還到電網(wǎng)，從而減少電費(fèi)支出。
13.風(fēng)力發(fā)電和化石燃料一樣具有競爭力。
“我們看到，現(xiàn)在與風(fēng)電場簽訂的電力購買協(xié)議已經(jīng)低至每兆瓦時25美元，”摩根士丹利北美電力及公用事業(yè)和清潔能源證券研究部主管斯蒂芬?伯德說道。他解釋說，風(fēng)力持續(xù)存在的可變成本可以忽略不計(jì)，這意味著所有者可以通過將前期投資分割成盡可能多的單位來降低購電協(xié)議成本。結(jié)果，中西部地區(qū)較大的風(fēng)力發(fā)電場正面臨粉河盆地煤電廠的“惡性競爭?！倍?，即使沒有生產(chǎn)稅收抵免，風(fēng)電還是能夠削弱很多天然氣發(fā)電廠。風(fēng)力發(fā)電具有可行性一個很明顯的標(biāo)志就是，目前其已經(jīng)滿足了愛荷華州25%的能源需求，預(yù)計(jì)到2018年這一數(shù)值將達(dá)到驚人的50%。
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