美國總統(tǒng)拜登4月份宣布，計劃到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災(zāi)難性氣候變化不可逆轉(zhuǎn)的一天，這是一項必要的任務(wù)。
但是，增加清潔能源并非沒有自身要考慮的棘手因素。一個問題是，把所有這些可再生能源放在哪里。根據(jù)彭博社和美國普林斯頓大學(xué)發(fā)表的一篇分析文章，如果到2050年太陽能和風(fēng)能占全球能源消費總量的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年開發(fā)30吉瓦海上風(fēng)能——如果這個目標得以實現(xiàn)，可能會減輕能源開發(fā)給土地造成的壓力。
如今，美國只有兩家小型海上風(fēng)電場。但美國能源部的報告顯示，目前美國正在建設(shè)海上風(fēng)電場，即將實現(xiàn)28581兆瓦的海上風(fēng)電產(chǎn)能。以下是這些項目可以如何幫助我們實現(xiàn)美國的清潔能源目標。
海上風(fēng)能如何運作
海上風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的電力通過埋設(shè)在海底的電纜系統(tǒng)將電力輸送到岸上。海面上的渦輪機與陸地上的風(fēng)力機看起來并沒有多大不同——除了大小不一樣。海上渦輪機的大小差不多是陸地上的風(fēng)力機的兩倍，從水面到渦輪機葉尖約有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，不僅因為避免了占用土地，還因為海上風(fēng)電場還可以產(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。這只是因為大風(fēng)在海上刮起來毫無障礙——沒有高山、峽谷或建筑物。
海上渦輪機通常安裝在插入海底的固定平臺上，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)可以使開發(fā)人員在更深的海域安裝渦輪機，這種技術(shù)可以使渦輪機漂浮的同時用系泊纜將它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。有一種誘人的可能性——美國一半以上的潛在海上風(fēng)能資源位于水深超過200英尺的水域。
海上風(fēng)電渦輪機能提供大量電力
美國國家可再生能源實驗室的研究人員估計，海上風(fēng)能資源可能提供的能源總量或許是美國人目前消耗的能源量的近2倍。美國國家可再生能源實驗室海上風(fēng)能研究項目負責(zé)人沃爾特·穆夏爾說：“我們永遠無法做到那樣，但這可以讓你知道我們有多少風(fēng)能資源。”開放的沿海水域?qū)τ诓遏~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：“你不一定要利用海上風(fēng)力資源來為堪薩斯城供電。”
然而，由于美國約80%的人口生活在沿海地區(qū)，開發(fā)利用海上風(fēng)能資源可能被證明具有無可估量的價值，尤其是在東北部這樣的沒有開發(fā)能源的空間的地方。
至于到2030年能否實現(xiàn)30吉瓦的目標?穆夏爾說，這絕對是可以做到的，但并非毫無障礙。
開發(fā)海上風(fēng)能的障礙
要引入渦輪機，聯(lián)邦政府必須將海洋水域租賃給風(fēng)力開發(fā)公司，這是一個提出申請和批準的過程，可能要持續(xù)數(shù)年時間。這還要求與需要進入這些水域的其他組織進行談判，其中包括軍方、航運和漁業(yè)公司。漁民對這種事態(tài)發(fā)展會如何將他們排除在漁場之外表示擔(dān)憂。近海開發(fā)責(zé)任聯(lián)盟執(zhí)行主任安妮·霍金斯最近對《紐約時報》記者說：“我們對漁業(yè)的監(jiān)管已經(jīng)比世界上其他任何地方都嚴格，因此漁民改變作業(yè)方式、到其他地方捕魚不是那么的簡單。”
另一個問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。由于這需要各級政府和土地所有者的批準，所以設(shè)計和建設(shè)這些輸電線路可能具有挑戰(zhàn)性。穆夏爾說：“這比建風(fēng)電場要復(fù)雜得多。”
對于這些設(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)力渦輪機被固定安裝到海床時，安裝過程可能在水下產(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，這可能會令瀕危的露脊鯨等海洋動物焦慮不安。幸運的是，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
盡管并非毫無挑戰(zhàn)，但海上風(fēng)能可以為美國未來的電力需求提供一個大的楔子。與太陽能發(fā)電很相似，自首批渦輪機出現(xiàn)以來，風(fēng)能成本(包括海上風(fēng)能)已下降了。盡管美國目前幾乎沒有海上風(fēng)力渦輪機，但歐洲和亞洲的海上風(fēng)電場發(fā)展已導(dǎo)致成本大幅下降。在勞倫斯伯克利國家實驗室專門研究電力市場和政策制定的資深科學(xué)家瑞安·威斯爾說：“與5年前相比，海上風(fēng)力發(fā)電如今在成本方面競爭力比過去大得多。而且事實上，這是越來越多的州——尤其是東海岸各州，但或許不遠的將來西海岸也會這么做——確定了更加大膽的海上風(fēng)能目標的主要原因之一。”
威斯爾和勞倫斯伯克利國家實驗室的其他研究人員估計，到2050年，風(fēng)能的價格(包括海上風(fēng)能)可能會降至2015年的一半。威斯爾說：“確實，最近的一些研究表明，即使電力行業(yè)深度脫碳，我們在談?wù)摰某杀竞蛢r格也很可能與我們今天所看到的情況沒有多大區(qū)別。而原因很簡單，那就是，幾項關(guān)鍵的低碳技術(shù)的成本已加速下降。”
穆夏爾最常面對的荒誕說法是，對太陽能和風(fēng)能的依賴會導(dǎo)致電力供應(yīng)不那么可靠。但電網(wǎng)運營商已經(jīng)應(yīng)對全天和四季電力需求不斷波動的問題。他說，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：“關(guān)于海上風(fēng)能或任何可再生能源系統(tǒng)的最關(guān)鍵一點是，電網(wǎng)傳輸電力的可靠性和靈活性不會改變。”雖然我們需要采用新技術(shù)來儲存電力，但太陽和風(fēng)力的波動并非不可逾越的障礙。“電網(wǎng)的可靠性將下降是一種誤解。”
