美國(guó)總統(tǒng)拜登4月份宣布，計(jì)劃到2030年將導(dǎo)致氣候變暖的碳排放量減少一半。為防止我們快速走向?yàn)?zāi)難性氣候變化不可逆轉(zhuǎn)的一天，這是一項(xiàng)必要的任務(wù)。
但是，增加清潔能源并非沒(méi)有自身要考慮的棘手因素。一個(gè)問(wèn)題是，把所有這些可再生能源放在哪里。根據(jù)彭博社和美國(guó)普林斯頓大學(xué)發(fā)表的一篇分析文章，如果到2050年太陽(yáng)能和風(fēng)能占全球能源消費(fèi)總量的98%，那么能源生產(chǎn)所需的土地將翻兩番。
這就是為什么決策者們考慮到海上尋找解決辦法。拜登最近還承諾到2030年開(kāi)發(fā)30吉瓦海上風(fēng)能——如果這個(gè)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，可能會(huì)減輕能源開(kāi)發(fā)給土地造成的壓力。
如今，美國(guó)只有兩家小型海上風(fēng)電場(chǎng)。但美國(guó)能源部的報(bào)告顯示，目前美國(guó)正在建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)，即將實(shí)現(xiàn)28581兆瓦的海上風(fēng)電產(chǎn)能。以下是這些項(xiàng)目可以如何幫助我們實(shí)現(xiàn)美國(guó)的清潔能源目標(biāo)。
海上風(fēng)能如何運(yùn)作
海上風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電力通過(guò)埋設(shè)在海底的電纜系統(tǒng)將電力輸送到岸上。海面上的渦輪機(jī)與陸地上的風(fēng)力機(jī)看起來(lái)并沒(méi)有多大不同——除了大小不一樣。海上渦輪機(jī)的大小差不多是陸地上的風(fēng)力機(jī)的兩倍，從水面到渦輪機(jī)葉尖約有500多英尺(1英尺約合0.3米，下同)。
它們之所以是理想的解決辦法，不僅因?yàn)楸苊饬苏加猛恋兀€因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)還可以產(chǎn)生更多的電力，原因是海上大風(fēng)往往吹得更猛烈，而且持續(xù)不斷。這只是因?yàn)榇箫L(fēng)在海上刮起來(lái)毫無(wú)障礙——沒(méi)有高山、峽谷或建筑物。
海上渦輪機(jī)通常安裝在插入海底的固定平臺(tái)上，這就使得建設(shè)工程僅限于在水深不到200英尺的海面。但是，新的漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)可以使開(kāi)發(fā)人員在更深的海域安裝渦輪機(jī)，這種技術(shù)可以使渦輪機(jī)漂浮的同時(shí)用系泊纜將它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｓ幸环N誘人的可能性——美國(guó)一半以上的潛在海上風(fēng)能資源位于水深超過(guò)200英尺的水域。
海上風(fēng)電渦輪機(jī)能提供大量電力
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究人員估計(jì)，海上風(fēng)能資源可能提供的能源總量或許是美國(guó)人目前消耗的能源量的近2倍。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室海上風(fēng)能研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人沃爾特·穆夏爾說(shuō)：“我們永遠(yuǎn)無(wú)法做到那樣，但這可以讓你知道我們有多少風(fēng)能資源。”開(kāi)放的沿海水域?qū)τ诓遏~(yú)等其他用途是必要的，許多內(nèi)陸州更適合陸上能源生產(chǎn)。穆夏爾說(shuō)：“你不一定要利用海上風(fēng)力資源來(lái)為堪薩斯城供電。”
然而，由于美國(guó)約80%的人口生活在沿海地區(qū)，開(kāi)發(fā)利用海上風(fēng)能資源可能被證明具有無(wú)可估量的價(jià)值，尤其是在東北部這樣的沒(méi)有開(kāi)發(fā)能源的空間的地方。
至于到2030年能否實(shí)現(xiàn)30吉瓦的目標(biāo)?穆夏爾說(shuō)，這絕對(duì)是可以做到的，但并非毫無(wú)障礙。
開(kāi)發(fā)海上風(fēng)能的障礙
要引入渦輪機(jī)，聯(lián)邦政府必須將海洋水域租賃給風(fēng)力開(kāi)發(fā)公司，這是一個(gè)提出申請(qǐng)和批準(zhǔn)的過(guò)程，可能要持續(xù)數(shù)年時(shí)間。這還要求與需要進(jìn)入這些水域的其他組織進(jìn)行談判，其中包括軍方、航運(yùn)和漁業(yè)公司。漁民對(duì)這種事態(tài)發(fā)展會(huì)如何將他們排除在漁場(chǎng)之外表示擔(dān)憂。近海開(kāi)發(fā)責(zé)任聯(lián)盟執(zhí)行主任安妮·霍金斯最近對(duì)《紐約時(shí)報(bào)》記者說(shuō)：“我們對(duì)漁業(yè)的監(jiān)管已經(jīng)比世界上其他任何地方都嚴(yán)格，因此漁民改變作業(yè)方式、到其他地方捕魚(yú)不是那么的簡(jiǎn)單。”
另一個(gè)問(wèn)題是在陸地上建傳輸基礎(chǔ)設(shè)施。盡管最初海上風(fēng)電場(chǎng)可以像化石燃料發(fā)電廠以前那樣接入電網(wǎng)，但最終將需要有新的輸電線路。為了擺脫化石燃料，不僅汽車需要利用電網(wǎng)充電，許多電器也需要使用電力;這意味著我們未來(lái)的能源需求將大得多，因此需要更多的傳輸基礎(chǔ)設(shè)施。由于這需要各級(jí)政府和土地所有者的批準(zhǔn)，所以設(shè)計(jì)和建設(shè)這些輸電線路可能具有挑戰(zhàn)性。穆夏爾說(shuō)：“這比建風(fēng)電場(chǎng)要復(fù)雜得多。”
對(duì)于這些設(shè)施將給海洋生物造成怎樣的影響，這也是一些未知數(shù)。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)被固定安裝到海床時(shí)，安裝過(guò)程可能在水下產(chǎn)生噪聲。一條直徑10英尺的管道插入海底，發(fā)出叮當(dāng)響聲，這可能會(huì)令瀕危的露脊鯨等海洋動(dòng)物焦慮不安。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在有了減少噪音的技術(shù)。
為什么海上風(fēng)能是一種低成本高效益且可靠的資源
盡管并非毫無(wú)挑戰(zhàn)，但海上風(fēng)能可以為美國(guó)未來(lái)的電力需求提供一個(gè)大的楔子。與太陽(yáng)能發(fā)電很相似，自首批渦輪機(jī)出現(xiàn)以來(lái)，風(fēng)能成本(包括海上風(fēng)能)已下降了。盡管美國(guó)目前幾乎沒(méi)有海上風(fēng)力渦輪機(jī)，但歐洲和亞洲的海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展已導(dǎo)致成本大幅下降。在勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室專門研究電力市場(chǎng)和政策制定的資深科學(xué)家瑞安·威斯?fàn)栒f(shuō)：“與5年前相比，海上風(fēng)力發(fā)電如今在成本方面競(jìng)爭(zhēng)力比過(guò)去大得多。而且事實(shí)上，這是越來(lái)越多的州——尤其是東海岸各州，但或許不遠(yuǎn)的將來(lái)西海岸也會(huì)這么做——確定了更加大膽的海上風(fēng)能目標(biāo)的主要原因之一。”
威斯?fàn)柡蛣趥愃共死麌?guó)家實(shí)驗(yàn)室的其他研究人員估計(jì)，到2050年，風(fēng)能的價(jià)格(包括海上風(fēng)能)可能會(huì)降至2015年的一半。威斯?fàn)栒f(shuō)：“確實(shí)，最近的一些研究表明，即使電力行業(yè)深度脫碳，我們?cè)谡務(wù)摰某杀竞蛢r(jià)格也很可能與我們今天所看到的情況沒(méi)有多大區(qū)別。而原因很簡(jiǎn)單，那就是，幾項(xiàng)關(guān)鍵的低碳技術(shù)的成本已加速下降。”
穆夏爾最常面對(duì)的荒誕說(shuō)法是，對(duì)太陽(yáng)能和風(fēng)能的依賴會(huì)導(dǎo)致電力供應(yīng)不那么可靠。但電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)應(yīng)對(duì)全天和四季電力需求不斷波動(dòng)的問(wèn)題。他說(shuō)，有了適當(dāng)?shù)那鍧嵞茉唇M合，我們的電力供應(yīng)就足夠了。
穆夏爾說(shuō)：“關(guān)于海上風(fēng)能或任何可再生能源系統(tǒng)的最關(guān)鍵一點(diǎn)是，電網(wǎng)傳輸電力的可靠性和靈活性不會(huì)改變。”雖然我們需要采用新技術(shù)來(lái)儲(chǔ)存電力，但太陽(yáng)和風(fēng)力的波動(dòng)并非不可逾越的障礙。“電網(wǎng)的可靠性將下降是一種誤解。”
