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(shí)和一致行動(dòng)。大力發(fā)展可再生能源不僅能夠減少對(duì)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(gè)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(duì)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(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)問題的態(tài)度。每年舉辦的例行會(huì)議上美國超百萬個(gè)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(shí)增加至2017年的80000吉瓦時(shí)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(shí)增加到2017年的6498吉瓦時(shí))，北卡羅來納州(7吉瓦時(shí)增長到5783吉瓦時(shí))，德克薩斯州(從7吉瓦時(shí)增長到2814吉瓦時(shí))，佐治亞州(從1吉瓦時(shí)增加到2364吉瓦時(shí))和猶他州(從0吉瓦時(shí)增加到2262吉瓦時(shí))。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(shí)增加至25萬吉瓦時(shí)。美國風(fēng)力發(fā)電量占整個(gè)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(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行使全社會(huì)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(shí)增加到2017年的67092吉瓦時(shí)。其次是俄克拉荷馬州(從2358吉瓦時(shí)到24404吉瓦時(shí))和加利福尼亞(從5385吉瓦時(shí)增加到13971吉瓦時(shí))。內(nèi)布拉斯加州作為美國風(fēng)電領(lǐng)導(dǎo)者，帶動(dòng)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(shí)增加到5237吉瓦時(shí)，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(shí)間可以認(rèn)為是1997年，當(dāng)時(shí)馬薩諸塞州政府當(dāng)局制定了第一個(gè)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(huì)評(píng)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(huì)對(duì)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(huì)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(gè)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(huì)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(duì)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(tái)，節(jié)省的能源足以供應(yīng)520萬個(gè)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(duì)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(dòng)汽車銷售量為39.5萬臺(tái)，僅在2017年銷售了10.4萬臺(tái)電動(dòng)汽車。就在2010年，美國道路上的電動(dòng)車數(shù)量達(dá)到數(shù)百個(gè)，甚至包括插電式混合動(dòng)力汽車。現(xiàn)在市場上有20多種純電動(dòng)車型，從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的通勤車到超快速豪華車。

在電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)間取決于輸入功率，充電設(shè)備容量越高，充電時(shí)間越短。另外也可以建立電池更換的自動(dòng)化中心。

3、提高可再生能源份額

能量的存儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)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(chǔ)能裝置的儲(chǔ)存容量高達(dá)100兆瓦，在電力供應(yīng)中斷期間儲(chǔ)存容量達(dá)10千瓦的存儲(chǔ)裝置可以為家庭提供長達(dá)數(shù)小時(shí)的電力來源。

儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)存容量將增加到1.7吉瓦。

美國軍隊(duì)對(duì)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(dòng)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(gè)柴油發(fā)電廠。2020年前自動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(tái)現(xiàn)有容量最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。為此成立了一個(gè)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(chǔ)存單位成本下降了80%，2017年每千瓦時(shí)為209美元。這也有助于降低電動(dòng)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(duì)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(gè)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