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看一下美国风能面临的一些障碍

时间：2022-03-22 08:16:35 来源：

在美国，我们一直在努力扩大风能，但是还没有走得太远。在2010年，风能仅提供了所购买电力的2.3％。

如此缓慢的进展对于看起来有如此大前景的产品来说似乎很奇怪。它可以减少二氧化碳排放量。它不需要燃料。它至少部分是美国制造的。流行的观点是它最终可以代替汽油，但是这种观点非常乐观，因为电力与汽油有很大不同，并且是由于可扩展性问题。

图1。风能（深绿色）在美国能源消耗量图中几乎看不到。基于EIA数据。

在这篇文章中，我将讨论美国风能面临的一些障碍及其对风能扩展的影响。

障碍1：风能依赖大量补贴。

根据EIAs报告《 2010财年联邦直接对能源的金融干预和补贴》，2010财年风能获得联邦政府49.86亿美元的补贴。该金额大约等于该期间安装的新风力发电成本的一半。国家和地方补贴将是另外的。（美国风能协会显示，2009年10月1日至2010年9月30日之间安装了6034兆瓦的新容量，因此每兆瓦的补贴为826,318美元。相比之下，每兆瓦的平均成本约为140万美元，其中不包括建筑和连接成本。）

风能最大的补贴，即生产税收抵免，定于2012年12月31日到期，除非国会采取行动将其延长，所以现在急于在该日期之前完成订单。Navigant Consulting的一项研究预测，如果不延长生产税抵免额，风能投资将大幅下降（图2）。

图2。据Navigant Consulting称，风能的年度投资为十亿美元。

不用说，美国联邦政府并不为补贴而花钱，因此很有可能不会更新或削减补贴。

障碍2：风能的质量要比化石燃料和核能产生的电能低。

选择时会刮风，最需要时通常不会吹。从理论上讲，可以通过可靠的长距离输电和足够的电存储来解决此问题，但是在美国，这些功能不可用。这意味着即使在风能占燃料混合物相对较大份额的地方，如果风不吹，也必须有其他类型的发电来满足几乎全部需求水平。

结果，风能的作用相当有限。风能的作用是允许发电厂（尤其是天然气发电厂）使用更少的燃料。因此，风能的价格倾向于与燃料的价格竞争，而不是与电力的批发价格竞争。

图3。风力发电价格与其他方式发电价格的比较表明，由于风能质量较低，风能价格往往会大大降低。

来自美国能源部的报告，“美国风电安装，成本和性能趋势的年度报告：2007."

因此，在没有强制性上网电价的情况下，风力发电的销售价格往往会低于其他类型的电力的批发价格（图3）。风力发电的较低价格有助于解释对补贴的需求。

一个相关的问题是将“风能平均成本”与其他类型的发电的平均成本进行比较所引起的混乱，例如美国能源信息署的图4所示。

图4。EIA的展览根据《 2011年年度能源展望》显示了新发电资源的预计平准化成本。

由于风的质量较低，如果在最后一列中进行标准数量的比较，则图4表示“从苹果到桔子”的比较。相反，由于风能仅代替燃料，因此需要比较的是

•相对于其他生产来源的“可变O＆M（包•括燃料）”，风的“总系统平均成本”

在图4中，风的总系统层级成本为97.0，离岸风为243.2。例如，可以将这些与煤（高级煤为25.7）或天然气（常规联合循环为45.6）的可变O＆M（包括燃料）进行比较。在此基础上，风能发展不佳，这是需要如此高补贴的原因之一。

另一个相关的问题是，燃油质量的差异可能导致误导EROEI指示。至少有一些石油用于制造，运输，安装和维护风力涡轮机，但作为输出提供的能源主要是在替代天然气，也许还有一些煤炭。煤炭和天然气比石油便宜（而且丰富），因此，即使是这个方向上的少量投入/产出替代，也可能很快损害该过程的经济性。

障碍三：现在，美国的天然气非常便宜，并且已经建立了大量的天然气发电能力。

由于风能往往会与用于发电的化石燃料（在美国主要是天然气和煤炭）的价格竞争，因此天然气价格低是个问题，因为要使风能具有竞争力，就需要更大的补贴。

此外，天然气的生产能力也不成问题。当前的天然气平均天然气产能系数为28％，这表明美国的天然气产量可以增加三倍，而无需增加产能。之所以建立这种过剩的发电能力，部分是因为天然气有利于负载平衡（电价往往很高，可以满足临时的需求高峰），部分是为了满足预期的电力需求增长，由于近年来的经济衰退，该需求从未实现。

障碍四：在美国，我们没有能够提供非常长距离电力传输的电网，而改变这种情况非常困难有几个原因。

风能的增长需要非常好的长距离传输能力，部分是因为风资源通常位于距离预期用户很远的地方，部分原因是，如果在大面积上共享风能，风的可变性质可以被“抵消”。不幸的是，美国的电力系统是在每个地方都希望自己发电的系统下成长的。在这样的系统下，城市之间的电力传输最初被设计为仅处理偶发的紧急情况，因此非常有限。

美国电力传输系统的建立方式产生许多异常情况。电费率因州而异。我们不必要地燃烧大量的石油，将煤炭运输到将要燃烧的地方发电，而不是在开采煤炭的地方附近燃烧煤炭，然后通过传输线运输电力。核燃料发电厂有时位于大城市附近。

由于许多原因，很难解决该问题。电力传输的任何改善都会使电费趋于平均，但这将损害当前电费较低的客户。在某种程度上，新的输电成本更高，而这些更高的成本又以电费的形式收取，这种变化可能导致一半以上的人口电费上涨，这是大多数政客无法接受的。

如果可以随时获得免费的更好的传输，没有人愿意在他们的后院建造一座发电厂，这将使现在建造新发电厂的难度更大。

另一个问题是，尚未建立好的机制来支付安装和维护新的长距离传输线的费用。根据现行程序，必须确定哪些发电公司将从新的输电线路中受益，以及在受益人之间分配的成本。过去，政府没有资助长距离输电。没有人真正“拥有”长途电话线。

我能看到的唯一的部分解决办法是创建一个单独的组织来构建和维护一些新的长途传输线。风能和其他试图使用这些线路的用户将被收取使用这些线路的费用，类似于收费公路。可能的结果是在这些线路附近建造更多的燃煤电厂，因为风能本身无法支持这些线路。即使是这种安排，也可能需要更改现行法律。最终结果可能是更多的二氧化碳，而不是更少。

对于长距离传输的风能，长距离电力传输的成本可能会相当高-每千瓦时至少几美分。随着时间的推移，随着石油价格的上涨，价格有望上涨。某些维护可能变得非常困难，例如目前由偏远地区的直升机进行的维护。

障碍5：风能的大部分资金是预先支付的。

石油，煤炭和天然气起初都是相当高的EROEI投资，而且大部分投资是在提取燃料时进行的。在这种情况下，投资产生了高额利润，可以用来为进一步的投资提供资金。

化石燃料正逐渐摆脱这种模式，前期投资增加，而可用于进一步投资的利润降低。风力涡轮机代表了这一连续过程的最末端，大部分投资都在前期，而回报却落后了很多年。

由于时间上的这种变化，用大量的前期投资来资助项目变得越来越困难。在“过去的好时光”中，我们的化石燃料价格低廉，这使得其他投资更容易负担。我们也可以指望总是能够增加更多的债务，但是我们正在达到可持续债务的极限。我写了两篇关于“石油高峰与债务高峰之间的联系”的文章（第1部分和第2部分）。最近，我谈到了净储蓄在美国如何急剧下降，因此非债务资金来源也正在消失。

图5。美国储蓄和投资比率，基于美国经济分析局数据。

所有这些的净结果是，如果我们在有限资源方面达到极限，则将越来越难以为需要大量前期投资的项目提供资金，并在以后提供回报。为了增加对需要大量前端资金的项目（例如风力涡轮机）的投资，我们可能不得不放弃我们真正需要的一些投资（例如，更换破旧的道路，管道和教学楼）。

障碍6：将风能添加到电网会增加复杂性，而资源减少可能难以管理。

随着更多可变的电源上线，平衡供需与电力需求并使所有电源“同步”的工作变得更加困难。从理论上讲，可以找到解决这些问题的技术方案，但目前尚不清楚我们是否会实践。

此外，与智能电网有关的变化也将增加系统的压力，因为智能电网的设计目的是使其电网更接近其理论容量。这些增强功能可以提高系统效率，但会降低弹性。

带有新增强功能的网格将一直工作到某个时候它不起作用–例如，计划外事件导致系统内的重大故障，或者所需的系统升级过于昂贵而无法负担，或者无法从国外购买替换部件。希望这种类型的故障将是暂时的和局部的，但是如果资源有限，那么维护系统的高昂成本变得不可持续的时候就会到来。

关于风能的进一步思考

在这篇文章中，我无法涉及多个问题。

风的一大问题是风的好处已经被超卖了。如果在风能仅占总电力供应的2.3％的情况下，我们已经遇到电网无法在流行的风能产生区域接受更多风能的麻烦，那么风能将很难迅速扩大规模。我在本文中指出的问题表明，成本问题仍然很大，而增加长距离传输所需的修复程序可能会使成本问题更加严重。

许多人认为风能无所不能-代替汽油，开动汽车和卡车，使我们能够继续照常营业，而不必担心二氧化碳或石油的枯竭。我们距离实现这样的梦想还有很长的路要走。我们需要电动汽车的进步和数万亿美元的投资，才能部分实现这样的梦想。

有人希望，在石油和天然气枯竭之后，以及我们决定停止使用煤炭之后，风能可以以某种方式使日常业务几乎无限期地继续下去。我看不到这种情况。我们需要化石燃料来制造风能，我们需要化石燃料来将风力涡轮机运输到要安装的位置。我们还需要化石燃料来修理风力涡轮机和维护输电线路。

我预计在某些时候，电网问题将变得势不可挡，因此至少电网的长距离部分将丢失。由于我提到的复杂性问题，向电网中增加更多的风能可能会使该日期更早而不是更晚。除非对电网寿命的限制因素是可用的煤和天然气的数量，并且风能以某种方式延迟用尽，否则我很难看到风能如何使电网寿命更长。