风能可能席卷美国煤炭工业

仅仅说必须使用化石燃料或使用核能是没有希望的（这两个都是正确的说法）。问题是：用什么代替它们？此外，需要多长时间？

8月4日在CleanTechnica中出现了一个有趣的标题：新的NREL数据表明，风能取代煤炭成为美国的主要发电来源。那会很好吗？可能吗？（该文章最初于7月26日发表在The Handleman Post中。）

尽管太阳能已普遍成为可再生能源的代名词，但目前游戏中最强大的参与者是风。风能在装机容量和产量方面都领先于太阳能（今年全球太阳能容量超过200吉瓦）；除少数几个受欢迎的案例（到目前为止）外，光伏发电的价格低于每千瓦时5美分，风电通常更便宜。

值得注意的是，世界上一些工业巨头不仅对风能产生了浓厚的兴趣，而且还率先将涡轮机粘在地下。（如上图所示，到目前为止，离岸市场仅占约2％。）通用电气和西门子在领奖台上，仅落后于丹麦维斯塔斯。能源部（DOE）的数据显示，去年三大供应商占据了美国98％的市场。

今年超过400吉瓦大关，世界风电装机容量已经超过美国的煤炭装机容量，今年可能会超过美国的天然气发电装机容量。多年前，它已超过美国的核电能力，如今已在全球范围内赶超。

本文的重点是断言，风能不仅可以而且将取代核能，成为无碳，无风险的能源，而且没有燃料成本，也没有外部性。现在该承认旋转的风力涡轮机是“空气中的空气”了。假设有十亿美元投资于电厂，您宁愿拥有，运营并从中收集收入？您希望在后院或视野中拥有哪种设施？相关：低油价可能打破“脆弱的五个”产油国

在辩论的这一点上，老警卫队将发出警报：“是的，但是风是断断续续的，因此容量系数远远低于煤炭，天然气或核能。”你确定吗？上面提到的文章以惊人的主张开头：“国家可再生能源实验室（NREL）最近发布的数据显示，风能的容量因子（CF）可以达到65％，与基于化石燃料的发电相当。”

如此高的风速CF的关键是高度。对于顶部图片下方的标题，“ [将其头部设置在云层中”是一个很好的翻译。在游戏的这个阶段，需要输入35％的容量系数。您爬得越远，风就越稳定，容量越大。海上资源也更加稳定。

归根结底，燃气轮机的系数很低，因为这些设备通常仅在高峰时段（所谓的“一百小时最热小时”）使用，这时空调需求会导致整个系统的负荷激增。本月，极端高温将德克萨斯州推至创纪录的69吉瓦峰值。尽管得克萨斯州的风力发电量领先于美国，但白天却没有那么大。

幸运的是，每个人都打开交流电源的原因也是可以治愈阳光。光伏可能很快就会使这个市场脱离天然气。在得克萨斯州的大部分地区，太阳的容量系数比5或10接近25％。因此，与400兆瓦的PV相比，6亿美元的花费比1 GW仍需要燃料的天然气产能更好；当高峰时段到来时，天然气价格随之飙升，而太阳能价格则跌至接近零，这是另一种问题，尽管从客户的角度来看这是一个更好的问题。（彩虹之上）

美国能源部本月发布了《风能技术市场报告》。Greentech Media（GTM）的总编辑Eric Wesoff在8月11日的报告中写道了一些关键要点。首先，尽管仍然存在不确定性，但在2013年惨淡之后，美国的行业在2014年反弹，提供了全部美国新产能的24％。简而言之，“这是一个成长中的市场，价格创历史新低。”

在8月20日的实用潜水文章中得出了以下结论：“今年将会很大。明年同样会很大。由于担心联邦生产税抵免，任何人都可能在2016年之后发生猜测。”

该图应证明风已经成为一种可靠的资源。劳伦斯·伯克利国家实验室（LBNL）的合著者[Mark] Bolinger指出，风力发电占州内发电量很大的州的数量与10年前相比发生了巨大变化，目前在美国9个州的电力供应中占近5％，占总发电量的12％以上，在其中三个州中占20％以上。（得克萨斯州的能力是其他任何州的两倍以上）。

另一位合著者Ryan Wiser补充说：“如今，电力公司认为风能是主流能源，也是产品组合的一部分。”

报告列表中的下一项显示转子越来越大，这导致更高的容量系数和更多的功率。报告说：“自1998-99年以来，美国安装的风力涡轮机的平均容量增加了172％，涡轮机轮毂的平均高度增加了48％，转子的平均直径增加了108％。

最重要的是，成本不断下降。LBNL报告称，2014年的项目平均安装成本为每千瓦1,710美元，比2009年的峰值降低了600美元。这转化为廉价电力。“从2014年签署的风电销售协议样本中得出的平均长期平均电价（公认地集中在该国最低价的中部地区）降至2.35 / kWh。¢这些价格低于全国批发电力价格范围的底部，与天然气发电的燃料成本预测范围相比非常有利。”相关：随着石油行业的削减，未来几年价格可能会飙升

以上提到的大部分不确定性源于生产税抵免（PTC）的到期，如果这些项目在2016年启动并运行，它们仍然会在2014年开始的项目中徘徊。另一个主要不确定性与天然气价格有关。GTM文章的结论是：“关于PTC之后发生的事情，Bolinger建议PTC实际上会对这些项目的融资方式产生影响。

该结构有利于税收股权融资，这是最昂贵的资本来源之一。Bolinger表示，随着PTC逐渐淡出，风电项目开发商将可以使用不同且更便宜的资金来源。向低成本资本的转移将部分减轻PTC的损失。”换句话说，我们将看到。（仅适用于报告重点）

海上风

海上风能稳定，并且靠近最大的负荷中心，即大城市，那里的风力涡轮机空地很少而且相距甚远（而且可用的土地价格太高）。最大的缺点是成本，因为海水不仅具有腐蚀性，而且设备难以承受持续的湍流，因此对阵列进行工程设计以使其可靠运行数十年会花费更多。世界上最大的海上风电场在英国（630兆瓦的伦敦风电场– 300兆瓦的Thanet风力发电场就在附近）；不列颠尼亚仍然统治着一些浪潮。

另一篇有关Greentech Media的文章于8月10日发表：欧洲启动海上风电富矿。它提出了一个问题，到2020年是否有55吉瓦的新海上风能？根据欧盟委员会的数据，2014年约有130吉瓦的风能（大部分在陆上）提供了欧洲8％的电力。尽管近海资源仅占全球总产能的2％（如上所述），但欧洲的比例更高，继续推进的力度要比美国大得多，美国的第一个项目最终位于罗德岛海岸附近，最终获得了监管绿灯。

“彭博新能源财经称，在2014年创纪录的一年的基础上，欧洲海上风电有望在未来几年蓬勃发展，该年的投资额接近200亿美元。...欧洲预计，到2020年，海上风电场的成本将降低40％，这一趋势已经开始。仅凭更好的安装技术就可以削减多达15％的成本，这是随着越来越多的大型涡轮机安装在更深的海上地区而造成的重要因素。大型海上风力涡轮机现在正在推动6兆瓦至8兆瓦的额定功率，并且高度超过500英尺。离岸项目的规模也在增长。”

总部位于德国的西门子公司已开始在丹麦测试其大型新型7兆瓦海上风机。根据Cleantechnica的说法，这些装置每年可提供3200万千瓦时的电能，这表明容量系数大于50％（即每年4,500小时）。无齿轮技术的另一个优点是：“带有永磁体的同步发电机将转子的运动直接转换为电能，而无需使用齿轮箱，该齿轮箱通常将风轮的低速提高到高速以发电。借助新技术，整个传动系统的零件数量大大减少，从而使其更轻，更紧凑且更不易磨损。”

笑脸挑战

从1970年到1990年之间，核电厂是有史以来最快的能源斜坡，从1到20方形。（一个四分之一是一个四分之一Btus，即大约1.75亿桶石油中的能量）。

煤炭用了70年的时间才从1个方块变成20个方块（1830年至1900年-在此之前的几千年中，木材一直是最高等级）。石油花费了40多年的时间（从1908年推出T型车到1950年），天然气花费的时间与石油差不多（从1920年左右到1960年代初）。

美国每年使用约100个Quad，世界需求约为500个Quad。公平地说，由于交付的Btus数量接近7个四分之一，因此核电的这一数字有点过分。但是，请慷慨地忽略火力发电的效率低下。（资源：Vaclav Smil，《能源转型》，附录。）

换句话说，养活世界能量野兽的需求规模巨大，即使是最好的资源，也要花费很长时间才能从四舍五入转变为领先，甚至成为世界一流的主要企业。非常少。自从全能者说让光发光以来，即使风能和太阳产生的低成本电力和热量是最大的事情，从我们的能源需求的百分之几和现在的几分之四到现在的最高点。表不会在一夜之间发生。

任务目标：

风能替代核能电力替代运输用石油阳光替代能源和热能使用石油和天然气木材替代煤炭效率：一劳永逸

即使上表是商定的任务目标摘要，事实远非如此，但要达到规定的结果仍需要数十年。但是，第一个目标似乎最有可能首先发生，并且比您想象的要早。

2014年，全球约400个核电站的发电量为2364太瓦小时（TWh）。（资源：核能研究所。）我们尚不知道十年后风力涡轮机的平均容量系数将是多少，但是如果该数字达到50％，则将需要600吉瓦的风能来替代当前的核能。现在有了400 GW，目标线似乎已经在眼前。

由于现有涡轮机的容量系数要低于即将到来的涡轮机（根据NREL，目前约为33％），因此将需要超过600吉瓦；为了便于讨论，我们假设介于750到800 GW之间，接下来的400 GW的平均CF为50％。2014年，全球风电装机容量增加了51吉瓦（使总装机容量达到370吉瓦）。即使这个数字没有增长，并且每年又增加50个，交叉点将在2022年或2023年实现。相关：沙特可能在下次欧佩克会议上面临公开抗议

请注意，自从福岛核电站关闭后，德国就用风能和太阳能发电迅速关闭了全部43 TWh的核电损失，因此这绝不是幻想。即使在美国没有PTC，也可以合理地假设每年将增加50吉瓦以上。中国是世界上最大的市场（2014年增加了23吉瓦），他们不打算放慢脚步。此外，随着海上风能在混合风中占更大的比重，并且有更高，更稳定的风能，这些数字似乎很保守。

任务目标列表中的第二项将取决于几个模糊的变量，因此很难预测。2020年电池价格将是多少？在2030年？瑞银认为，一旦价格跌至每千瓦时150美元以下（目前约为250美元），电动汽车将开始接管汽车业务。

那会是什么时候？Navigant表示，材料成本约为87美元。伊隆·马斯克（Elon Musk）表示，如果到2020年电价不低于每千瓦时100美元，他将感到失望。其他重要变量包括从那时到那时的石油/汽油价格和世界经济活动水平。下注。

风车上的倾斜曾经是一种表达，用来形容某人脱离了摇滚乐队而追求幻想或与想象中的敌人作战，例如塞万提斯英雄唐·吉x德（Don Quixote）（第八部分，第1部分）就是这种情况：

就在那时，他们看到了从那片平原升起的三十四十个风车。堂吉x德（Don Quixote）对乡绅说：“财富正在指导我们的事务比我们自己本来希望的要好。您能看到永德，朋友桑乔，三十四十个笨重的巨人吗？我打算和他们战斗并杀​​死他们。我们将带着他们的战利品开始致富，因为这是一场正义的战争，从地表上移走如此肮脏的血统是上帝所要祝福的。”

“什么巨人？” Sancho Panza问。

他的主人回答说：“那些你在那里看到的人，双臂长着。他们中有些人的武器长度大约为两个联赛。”

“保重，先生。”桑乔喊道。“那边不是巨人，而是风车。那些看似它们的手臂的东西是风帆，当风将它们旋转时，它们使磨石旋转。”

唐吉x德象征着快死的时代，骑士和骑士时代。今天的垂死年龄取决于化石燃料和核能。因此，现在应该把风车倾斜表示没有意识到没有阻止他们的人，即风车。

核电无法衡量（价格，建造时间，燃料，风险），并且无法与每千瓦时2.35美分竞争。化石燃料尽管仍然可以衡量（至少在碳价格上涨之前），但它是有限的。抵抗是徒劳的，而没有得到抵抗的投资者所面临的风险是巨大的并且正在上升。

维斯塔斯Ventum Facit