美国主要靠什么发电

麻省理工学院的一项新研究显示，如果美国中西部和五大湖地区的10个州继续坚持目前的可再生能源标准，将在2030年获得47亿美元的健康效益。麻省理工学院能源与环境政策研究中心的高级研究员兼研究主要作者Emil Dimanchev告诉The Verge，“这项研究表明，可再生能源本身就能通过健康益处令其受益。”

目前已有许多关于与气候变化相关的潜在成本的研究 - 从保护沿海建筑到在更频繁和强烈的风暴之后的重建等。但这项于8月12日发表在《环境研究快报》上的研究分析了美国各州利用更多可再生能源带来的健康效益和财政激励措施。

为什么会有这么大的回报？除了导致地球变暖的的温室气体之外，非清洁能源也会影响空气质量。科学家量化的健康益处是限制接触来自发电厂的细颗粒物质的结果。并且有大量证据表明颗粒物或烟灰如何对呼吸和心血管健康产生不利影响。研究人员将研究重点放在宾夕法尼亚州、俄亥俄州、威斯康星州、密歇根州、伊利诺伊州、印第安纳州、西弗吉尼亚州、新泽西州、马里兰州和特拉华州的原因之一是因为该地区的空气质量往往较差，这主要是这些地区更加依赖于煤炭等传统能源。2016年，煤炭发电占铁锈地带（Rust Belt）电力构成的42％。

但如果这些州转向更多可再生能源，空气质量将会提高。这可能也会减少生活在那里的人们患肺癌，心脏病和中风的风险。研究人员说，如果目前的标准被采用，还可以减少与那些健康的影响，这预计将在2030年获得47亿美元的健康效益。一些医学研究人员称之为采取行动应对气候变化的协同效应。

为了达到47亿美元的数字，研究人员专注于各州目前的可再生能源组合标准，这些政策要求公用事业公司从可再生能源中产生一定比例的电力。这些州的平均目标现在设定为13％。但如果该地区的州将其可再生能源发电的比例提高到19.5％，那么2030年的健康效益将达到135亿美元，而成本将达到58亿美元。

麻省理工学院的团队战略性地利用当地的措施，即使特朗普政府取消了对燃煤电厂行业的严格监管也可以采取措施。特朗普政府正面临22个州和7个地方政府提出的大规模诉讼，质疑他的“负担得起的清洁能源法案”，这将削弱煤电厂的排放标准。

Dimanchev在六月份对俄亥俄州参议院的研究报告进行了分析，因为它在讨论是否推迟其可再生能源组合标准。从2030年开始，完全抛弃标准将导致每年平均50人过早死亡。俄亥俄州州长Mike DeWine最终签署了一项法案，该法案没有完全消除这些标准，但却显著放宽了限制。“这对健康的负面影响将是巨大的，并且与我们估计完全废除的数字相差不远，”Dimanchev说。

根据最近的一项研究，Eviart/Shutterstock的科学家们公布了一份详细的路线图，到2050年将139个国家的可再生能源转移到100%。斯坦福大学的

能源专家报告说，使用风能、太阳能、地热和水（水力发电，（潮汐和波浪）为所有需要电力运作的经济部门供电的能源，包括电网本身、运输、供暖和制冷、工业以及农业、林业和渔业，将大大减少能源消耗，减少空气污染造成的死亡，创造数以百万计的就业机会，斯坦福大学大气与能源项目主任马克·雅各布森在接受《生活科学》杂志采访时说：“稳定能源价格，节省数万亿美元的医疗保健和气候相关费用。我们为139个国家中的每一个制定了各自的计划，这些计划占全球排放总量的99%以上。”。[十大最疯狂的环保理念]

这项研究着眼于世界能源需求，从2012年开始，预测到2050年。2012年，世界用电量为12.105万亿瓦，相当于12.105万亿瓦。研究人员在研究报告中写道，到2050年，如果不发生任何变化，世界将需要20.604tw，而且每个国家都继续采用其目前用于满足能源需求的相同方法。

，但如果这些相同的商业部门转向可再生能源来满足其所有电力需求，世界将需要研究显示，仅需11.804TW就能满足全球电力需求。研究人员称，这是因为电比燃烧更有效。在解释研究要点的视频中，雅各布森举了一个例子：他说，在电动汽车中，80%到82%的电被用于移动汽车；其余的则被浪费为热量。另一方面，在以汽油为动力的汽车中，燃料中只有17%到20%的能量用于移动汽车，其余的能量被浪费为热量，他说，

能源也需要用于开采、提炼和运输化石燃料。因此，转向100%的可再生能源将消除这些能源密集型和环境破坏性的过程，报告作者说，在他们的研究中，雅各布森和他的同事展示了风、水、地热和太阳能如何满足全球对11.804太瓦能源的需求避免到2050年全球气温预计将比工业化前高出2.7华氏度（1.5摄氏度）。研究人员概述了这样做将如何拯救400万至700万人的生命，否则这些人可能死于由空气污染引起的疾病，为各国节省超过20万亿美元的健康和气候成本，雅各布森在接受《生活科学》采访时说：

“对我来说，这似乎是一件不费吹灰之力的事。

”

这项研究建立在雅各布森之前的工作基础上，雅各布森开始了他的研究科学家生涯，试图了解空气污染是如何影响气候的。”。他说，在最初的几年里，他专注于解决问题，但到了1999年左右，他开始寻找解决方案。

在2009年，雅各布森和马克·德鲁奇，加州大学伯克利分校交通研究所的研究科学家，雅各布森和德鲁奇在《科学美国人》杂志上发表了一份研究报告，概述了一项为全世界提供100%可再生能源的计划。

在接下来的几年里，致力于在州一级研究这些问题的后续研究，目前研究人员已将这项研究扩展到139个国家。世界上其余59个国家的详细能源数据并不存在，因此无法纳入该研究，科学家们说，“KDSPE”“KDSPs”是向100%可再生能源基础设施过渡的总成本——一个计划将国家首次移至80%可再生能源的计划。到2030年5月，乍一看，le energy似乎有些令人望而却步，但雅各布森和他的团队也计算出了这些数字。

雅各布森说，在所有国家平均起来，建设可再生能源系统（包括储存和传输）的成本是8.9%千瓦时。在一个没有过渡和保持现有化石燃料系统的世界里，成本是9.8美分/千瓦时。

不包括社会成本。

气候变化的价格

化石燃料能源伴随着健康和气候相关的成本。作者估计，到2050年，各国每年将在与全球变暖有关的环境、财产和人类健康问题上花费28万亿美元，包括洪水、房地产破坏、农业损失、干旱、野火、热应激和中风、空气污染、流感、疟疾、登革热、饥荒，海洋酸化等等。[气候变化将影响你健康的5种方式]

，如果世界不采取行动应对气候变化，地球两极的冰继续以目前的速度融化，世界7%的海岸线将被淹没，雅各布森说：

雅各布森说，可再生能源的社会总成本——包括健康和气候问题的成本，以及风能、水和太阳能的直接成本——约为化石燃料的四分之一。

“在其他世界，你可以将社会总成本降低约75%，“他说。”研究显示，这项技术的成本效益是巨大的。

几个国家已经开始转向可再生能源组合，以满足所有商业部门100%的电力需求。名单中包括塔吉克斯坦（76.0%）、巴拉圭（58.9%）、挪威（35.8%）、瑞典（20.7%）、哥斯达黎加（19.1%）、瑞士（19.0%）、格鲁吉亚（18.7%）、黑山（18.4%）和冰岛（17.3%）。

到目前为止，美国的可再生能源发电量仅占其总发电量的4.2%。但研究人员称，中国有优势。这项研究发现，像美国这样的国家，每人口拥有更多的土地，将有最容易的时间进行过渡。预计最困难的国家是那些地理位置小但人口众多的国家。据雅各布森说，新加坡、直布罗陀和香港等国家将面临100个可再生能源面临的最大挑战。“KDSPE”“KDSPS”仍有解决问题的方法。他补充说，这些地区可以转向海上风能，也可以与邻国交换能源。

“有了这些信息，我们给各国带来了信心，相信它们能够自给自足，”雅各布森说我希望不同的国家能在2050年和2030年分别承诺100%和80%的可再生能源。

这项研究于8月23日在线发表在《焦耳》杂志上。

最初发表在《生命科学》上。

阿斯托里亚发电公司（Astoria Generating Co.）与西门子签署了一项合同，建造两台SeaFloat发电驳船，这些驳船将配备八台西门子SGT-A65燃气轮机，替代位于纽约市布鲁克林上海湾Gowanus发电站的四艘现有发电驳船，进行更清洁、更高效的能源生产。西门子将在两艘新建的SeaFloat上预装高效发电设施，每艘发电驳的发电量约为300兆瓦。使用SGT-A65燃机的新电站对比旧的发电设施将发电效率提升50％，显著减少诸如二氧化碳和一氧化碳的排放。

要求苛刻的能源市场

随着纽约能源市场的变化，并朝向更多间歇性能源过渡，纽约市需要在减少排放的同时保持其供电的可靠性。对于超过850万人口，希望在2030年实现可再生能源占比达到70％。当太阳能和风力发电不能满足需求，像Gowanus发电站这样，可以快速启动的调峰机组将会变得尤为重要，特别是对布鲁克林西南部等供电容量不足的地区。新的发电设施将提供可靠性，同时减少排放，并提供根据需要灵活地部署可移动发电驳。

Gowanus电站最初的四艘发电驳容量是为640兆瓦，建于上世纪70年代初期，已接近使用寿命。通过西门子提供的两艘新型发电驳，Astoria发电公司将能够淘汰现有的驳船，将驳船的总数从4个减少到2个，并且还可以淘汰附近的Narrows发电站的两个驳船。西门子将提供8台SGT-A65燃气轮机发电机组，每个驳船4台，连同西门子控制系统，机组以天然气作为主要燃料。

Astoria项目的SGT-A65（工业Trent 60）航改燃气轮机在简单循环时功率高达76 MW，效率为41.8％。这些机组具有快速的冷启动能力和较高的循环寿命，可以为电网快速增加功率，以补偿波动和可变的可再生能源和其他能源，从而使其成为调峰市场的理想解决方案。SGT-A65燃气轮机已在全球销售超过115台，拥有超过180万小时的工作经验。

西门子和Astoria还签署了一项为期20年的长期服务协议，该协议将有助于支持燃气轮机和发电机的最佳运行效率。该合同包括零件服务、维修、现场服务、程序管理以及西门子Omnivise数字服务产品组合的产品，包括远程监控和诊断。

西门子天然气与电力公司发电首席执行官Karim Amin表示：「作为整体解决方案，新型SeaFloat发电驳将有助于减少纽约市的排放，并为本地电网稳定提供可靠的备用电源。SeaFloat解决方案结合了我们高质量发电技术以及电网控制所需的机动性和灵活性技术。」

Astoria发电公司首席执行官Mark Sudbey表示，「随着纽约的能源市场不断变化，更多地依赖于风能和太阳能等间歇性能源，我们需要保证供电可靠性。西门子先进的燃气发电装置将为纽约人提供可快速启动的发电资源，同时减少排放。更重要的是，由于它们安装在驳船上，有更好的气候适应性，适应海平面上升和风暴潮等气候变化，如果其他地方需要电力，它还也可以将其移动。」

SeaFloat解决方案

多种型式的SeaFloat电厂可以在负荷高峰期或停电期间用作现有电厂的基荷（Base Load）或紧急备用，并在发生人道主义灾难时提供快速供电。SeaFloat电厂甚至与海水淡化联动，以提供有助于预防疾病的清洁饮用水。多种燃气轮机框架以及联合循环配置，可以为客户开发满足特定要求的解决方案。

西门子SeaFloat电厂设备可靠，经过改装，可用于海上漂浮系统。SeaFloat电厂可以部署在海洋或主要河流可到达的任何地点，几乎不需要土地购置投资。

SeaFloat设计为尽可能小，并且事实上定义了功率密度的新标准。由于工厂化建造和大部分调试工作都是在造船厂中严格控制的生产条件下，使用标准化设备进行的，因此可以缩短交货时间。该预装设计也不会干扰任何所需的陆上基础设施，例如变电站、输电线路和线路走廊。这样可以大大减少此类基础设施项目所需的总时间。

典型应用包括岛屿等偏远地区的电源，海岸线或主要河流（例如化工厂和海水淡化厂）的工业区开发以及新的工业区域开发。

有关SeaFloat电厂的更多信息，请访问此处 [1] 。

Floating Power Plants to Support New York's Renewable Energy Strategy

SeaFloat to provide reliable peaking power for New York City's renewable ambitions, boosting power generating efficiency by nearly 50%.

https://www.tdworld.com/renewables/floating-power-plants-support-new-yorks-renewable-energy-strategy

Sep 18, 2019

参考文献：

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文/赵学良 中国石化发展计划部，当代石油石化

1美国氢能及燃料电池产业概况

美国能源局从1970年就开始布局燃料电池研发，并一直处于世界领先地位。燃料电池备用电源和燃料电池叉车已具备市场竞争力，处于商业推广阶段；燃料电池乘用车处于政府补贴商业推广阶段；燃料电池巴士、大型货车、商用车处于行车实验验证阶段。2018年美国被评为国际氢能经济和燃料电池伙伴计划IPHE（International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy，为2003年由18个国家和欧盟共同发起成立的国际合作组织）主席国。

美国参议院决议确定2018年10月8日为美国国家氢能与燃料电池第四个纪念日，“参议院第664号决议”给出如下13点理由：

1）氢原子质量为1.008，而且是宇宙中含量最丰富的化学物质；

2）美国是燃料电池和氢能技术开发和部署的世界领先者；

3）氢燃料电池在美国太空计划中发挥了重要作用，帮助美国完成了登陆月球的任务；

4）私营企业、联邦和州政府、国家实验室以及高等教育机构持续提高燃料电池和氢能技术，以解决美国最迫切的能源、环境和经济问题；

5）利用氢和富氢燃料发电的燃料电池是清洁、高效的技术，被用于固定电源和备用电源、以及零排放轻型 汽车 、公共 汽车 、工业车辆和便携式电源；

6）固定式燃料电池正投入到连续和备用电源的使用中，以便在电网停电时为商业和能源消费者提供可靠的电力；

7）与传统发电技术相比，固定式燃料电池有助于减少用水量；

8）燃料电池轻型 汽车 和使用氢气的公共 汽车 可以完全复制内燃机车的经验，包括行驶里程和加油时间；

9）氢燃料电池工业车辆正在美国各地的物流中心和仓库部署，并出口到欧洲和亚洲；

10）氢气是一种无毒气体，可以从各种国内可获得的传统和可再生资源中获取，包括太阳能、

风能、沼气以及美国丰富的天然气；

11）氢和燃料电池可以储存能量以帮助增强

电网，并使可再生能源的部署机会最大化；

12）美国每年生产和使用超过1100万吨的氢气；

13）工程和安全人员及标准专业人员就氢气的交付、处理和使用已经达成共识，并已制定出相关协议。

2美国发展氢能及燃料电池的初衷

美国参议院决议的理由充分说明，从国家层面而言，发展氢能及燃料电池具有降低二氧化碳排放、减少空气污染等清洁环保层面的意义，同时还具有降低燃油消耗、提高可再生能源利用率及电网可靠性等增加能源自给率、保障国家能源安全的优点。2014年美国发布《全面能源战略》，将“发展低碳技术、为清洁能源奠基”作为放眼长远的战略支点，并明确提出，氢能作为替代性能源将在交通业转型中起到引领作用。

2.1减少温室气体排放

由于氢燃料电池具有高效率和温室气体近零排放的特性，燃料电池系统能够在很多应用领域实现温室气体减排。美国能源部研究了燃料电池的温室气体减排潜力。燃料电池应用于热电联产系统时，相比传统热电联产系统可减少35%~50%的排放；燃料电池货车相比燃油货车可减少55%~90%的排放；燃料电池叉车相比柴油叉车或动力电池叉车可减少35%的排放；燃料电池巴士比内燃机巴士效率高40%；燃料电池备用电源相比柴油发电机可减少60%的排放。

美国能源部对比测算了不同能源介质运输工具的油井到车轮（WTW）温室气体排放情况。天然气制氢－氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳200克，低于美国现有电网取电－电动 汽车 路线230克和传统燃油车450克的排放标准。配有二氧化碳封存的煤气化制氢－氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳95克，生物质气化制氢－氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳仅37克。

2.2减少燃油消耗

燃料电池提供了一种几乎不消耗石油的提供动力方式，且可覆盖美国大部分的石油消耗，如 汽车 、巴士、备用发电机和辅助发电机等。美国能源部的研究结果表明，氢燃料电池轻型 汽车 相比汽油内燃机 汽车 可降低95%的燃油消耗，相比混合动力车可降低85%的燃油消耗，相比插电式混合动力车可降低80%的燃油消耗。可以看出，相较大规模使用生物燃料、提高内燃机效率（ICEV包括使用混合动力 汽车 ），燃料电池车大规模应用后可以大幅减少国家的石油消费，到2050年燃油消耗量将降到目前的40%左右。

2.3提高电网可靠性、最大程度部署可再生能源

美国能源部预估光伏和风电的建设成本将大幅下降，“太阳计划2030”（SUNSHOT2030）设定的目标是2030年光伏电站成本为3美分/千瓦时，2018年美国陆上风电成本已低至2.9美分/千瓦时。光伏和风电将得到迅速普及，预计到2050年风能装机容量将达到404吉瓦，装机容量占总容量的35%；光伏装机容量将达到632吉瓦，发电量占总发电量的19%。

根据国际能源署发布的研究报告《GettingWindandSunontotheGrid》，当电网中间歇性可再生能源（以风电、光伏为主）的比例超过15%时，就必须配置相应的储能设施。另外由于可再生能源的生产水平在不同时间段、不同季节之间存在显著差异，例如欧洲的太阳能发电在冬季比夏季低60%左右，但电力需求却增加40%，也需要配置大规模、长时间的储能设施才能提高可再生能源的利用小时数，减少“弃风”“弃光”。

丰田、通用、奔驰、林德等企业组成的氢能理事会研究表明，氢能是大规模储存电能的一种重要选择：相比超级电容、压缩空气、电池、飞轮储能、抽水蓄能，氢能更适合长期大量储存能量。当需要大规模储能时可以液氢或者氢化物的形式存储于地下盐穴，估计每个兆瓦时的成本在50~150美元之间，与受地质条件限制较大的抽水蓄能相当，显著低于其他的能量存储方式。

2.4高能源转化效率

燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，效率非常高且不需要燃烧。氢燃料电池 汽车 的能量转化效率约60%，大约是汽油内燃机的两倍。

燃料电池用于固定电源，用天然气或丙烷发电效率大致为45%；如果将透平系统与高温燃料电池组合，发电效率可达到70%，结合热电联产系统效率可达80%，相比传统煤电、天然气发电45%~50%的综合效率提高35%~40%。

2.5降低污染物排放

美国能源部的研究课题表明，燃料电池发电系统比燃煤、燃气发电系统少排放75%~90%的氮氧化物、75%~80%的颗粒物（PM）。

2.6 H2@Scale计划

H2@Scale是美国能源部（DOE）的一项倡议，将利益相关者聚集在一起，促进可负担得起的氢气生产、运输、储存和利用，增加多个能源部门的收入。通过政府资助将国家实验室和工业界以项目形式整合在一起共同合作，以加快适用氢技术的早期研究、开发和示范。H2@Scale联盟促进了工业界和学术界合作，利用国家实验室世界级的研发能力，依赖私营部门进行至关重要的示范。

通过示范使尖端技术集成到现有系统中、验证未来部署的商业可行性，并指导未来的研发计划。美国目前生产超过1100万吨氢气，占全球供应量的1/6，主要用于炼油和化肥工业。大型基础设施包括超过1600英里的氢气管道、不断增长的加氢站和数千吨的地下储存洞穴。H2@Scale计划中氢能的地位与日本的氢能战略类似，把氢能作为一种重要的二次能源，氢能与电能之间可以相互转化。通过利用电解槽在发电量超过负荷时生产氢气，可以减少可再生能源的浪费，并有助于电网的稳定。从现有基本负荷（如核能）中产生的氢气也可以储存、分配，并用作多种用途的燃料。这些应用包括运输、固定动力、工艺或建筑用热，以及工业部门，如钢铁制造、氨生产和石油炼制。

3燃料电池商业化推广现状

截至2017年，在世界范围内共有超过70000台、共计650兆瓦燃料电池处于商业运行状态，其中移动领域应用占比接近70%，非移动领域应用占比30%，相关营收超过20亿美元。

截至2018年10月，美国共出售或者租赁超过6200辆燃料电池乘用车，包括丰田Mirai、本田Clarity、现代Tucson；建成39个加氢站；商业应用超过23000辆燃料电池叉车；商业化普及超过240兆瓦燃料电池备用电源，遍及美国40个州；FedEx、UPS在试用燃料电池快递车；多家公司试验运行共33辆燃料电池巴士，其中最长行驶里程已经超过50万公里。

3.1燃料电池备用电源应用现状

截至2017年底，据美国DOE统计数据显示，全美共销售8400套燃料电池备用电源，其中900套获得美国DOE经费支持，其他7500套未获支持。燃料电池将天然气转换成电能供大型超市、数据中心、生产企业及其他工商设施使用，能源转化效率从传统发电的30%~40%提高到60%~65%，加上热能利用可达90%，极大地减少了污染物排放，同时还减排二氧化碳。相较美国某些州的电网供电电费，使用燃料电池供电可节省一部分费用。

BloomEnergy是美国燃料电池发电的领军企业，其燃料电池成本2016年第一季度为5086美元/千瓦时，2018年第一季度降至3855美元/千瓦时；而其安装成本也从同期的1280美元/千瓦时降至526美元/千瓦时。

家得宝2014年在加利福尼亚试用安装第一套200千瓦的燃料电池备用电源。验证了其经济性后，到2016年底为其140家连锁超市都安装了燃料电池系统，并准备将全部170家店都安装上燃料电池备用电源。家得宝的首席财务官CarolTome曾披露：“使用燃料电池发电比从电网取电节省15%~20%的费用，同时减排大量二氧化碳。”

沃尔玛在加利福尼亚、新泽西的60家超市安装了燃料电池备用电源，用电规模按其单店用电量40%~60%确定，保障在电网断电时冷柜、照明系统、收款机可继续工作，不至于致使食物腐败，并在恶劣天气情况下继续为顾客服务，且使用燃料电池供电价格低于从电网取电价格。

Johnson&Johnson于2015年安装了1台500千瓦BloomEnergy燃料电池电源，经其测算20年的运转周期将总共节省1000万美元的费用，每年减排130万磅二氧化碳；Medtronic公司的报告显示，其安装的400千瓦燃料电池电源每年可节省电费230万美元，每年减排100万磅二氧化碳；Ratkovich公司的报告显示，其安装的500千瓦燃料电池电源每年可节省电费20万美元；JuniperNetworks公司的报告显示，其安装的1兆瓦燃料电池电源配合300千瓦太阳能电池每年可节省电费12万美元，每年减排270万磅二氧化碳。

3.2燃料电池叉车推广情况

据美国能源部2016年5月统计显示，2008年美国氢燃料电池叉车数量在500辆左右，到2016年，美国26个州的氢燃料电池叉车数量已经超过11000辆，年复合增速高达56%。而截至2017年底，统计数据显示全美共销售21838台燃料电池叉车，其中713台获得美国DOE经费支持，其他21125台并未获得DOE经费支持。713台燃料电池叉车共获得DOE970万美元经费支持。

目前在美国使用燃料电池叉车的公司包括但不限于亚马逊、宜家、宝马、可口可乐、奔驰、尼桑、联邦快递及一批食品公司，仅沃尔玛在其北美的19个配送中心就配备了3000辆燃料电池叉车。PlugPower、NuveraFuelCells和OorjaProtonics，Hydrogenics及H2Logic提供了绝大多数的燃料电池叉车。

亚马逊在2014年采购了535辆氢燃料电池叉车，在证明其成本效益的合理性后，于2017年4月收购了美国燃料电池制造商PlugPower23%的股权。除此之外，亚马逊为其11个大型仓库配备氢燃料电池叉车。2021年1月，电池巨头SK集团与旗下天然气子公司SKE＆S各出资8000亿韩元，共约合13亿美元，收购PlugPower9.9%的股份。短短几年间PlugPower公司市值升值50倍。

相较内燃机叉车，氢燃料电池叉车没有任何污染物排放，因此广受食品工业青睐，更多被用于室内作业。相较电池叉车，氢燃料电池叉车可节省充电的时间和空间，并在整个轮班期间全功率运行，在冷藏仓库环境中运行时不会出现任何电压骤降的情况，从而提高运营效率和节省成本。

美国国家实验室（NREL）对动力电池叉车和燃料电池叉车的总运行成本进行了评估，包括电池和燃料电池系统的购置成本、支持基础设施的成本、维护成本、仓库空间成本和劳动力成本。考虑到所有这些成本，NREL发现燃料电池叉车的总体拥有成本比同类动力电池叉车要低。

燃料电池叉车的样本约60台，每天工作2~3班，每周6~7天。NREL发现，对于用于多班作业的Ⅰ类和Ⅱ类叉车，燃料电池可将总体拥有成本降低10%，从每辆叉车每年19700美元降至每辆叉车每年17800美元。三级叉车的拥有成本可降低5%，从每年12400美元降至每年11700美元。NREL的评估仅限于考虑电池和燃料电池叉车的拥有和运行成本，未评估燃料电池叉车提高生产力的潜在效益。

通过NRTL的敏感性分析，只要燃料电池叉车车队的数量足够大（敏感性分析中燃料电池叉车台数为30~100台）、多班次工作，燃料电池叉车的总操作费用会低于动力电池叉车。PLUGPOWER公司测算，对于拥有超过90辆二级叉车的客户，5年预计节省成本超过40万美元。

PLUGPOWER公司建设的加氢设施主要配合燃料电池叉车使用，建设在配送中心、工厂等厂房内，加注压力350千克，操作温度0~40 ，加注1台叉车耗时1分钟，与美国、日本通常建设的车用加氢设施有所区别。

3.3燃料电池乘用车及加氢站情况普及情况

美国的加氢站主要集中在加州地区和美国东北部地区，东北部地区项目由美国液化空气集团和丰田公司推动和主导，加州地区参与建设加氢站的企业包括空气产品公司、Shell、Linde、丰田、本田等公司。全美目前已投运加氢站39座，计划到2025年建成200座，2030年建成1000座。

截至2018年底，在美共销售Mirai、Clarity、TucsonFuelCellSUV共计6200辆。除丰田、本田、现代已有燃料电池车商业化推广外，奔驰最新推出了GLCF–Cell燃料电池车，宝马、奥迪、通用等企业也有燃料电池合作研发计划。

3.4燃料电池巴士试验运行结果

DOE于2012年制定的2016年燃料电池巴士技术预期指标及终极目标见表1。33辆试验运行的燃料电池巴士中，ACTransit公司的13辆由UTCPOWER公司提供燃料电池系统，Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA公司的12辆由Ballard公司提供燃料电池系统。根据统计，截至2018年2月28日，最好的1辆车运行总时长超过27330小时，超过DOE终极目标；12辆ACTransit运营车辆平均运行时长19000小时，达到了2016年预期目标值。ACTransit公司车辆从2006年开始逐步投入试验，试验结果基本达到预期；Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA等公司从2015年逐步投入车辆试验运行，周期较短，未达到验证燃料电池寿命的时限。

3.5燃料电池货车及商用车测试情况

丰田2017年推出第一代燃料电池卡车Alpha，在长滩和洛杉矶港口进行了近1万英里的测试和拖曳操作；2018年8月推出了第二代燃料电池卡车Beta，续航增加50%。Kenworth、Scania、Asko等传统卡车制造商在DOE、挪威政府科研资助下开展了氢燃料电池卡车的研发。PowerCell是一家低温质子交换膜电堆开发、制造及零售商，开发和生产世界顶级能量密度的固定和移动应用的燃料电堆，开发的100千瓦S3燃料电池供欧洲运输企业制造燃料电池卡车。Nikola为美国电动 汽车 制造商，宣称其制造的燃料电池卡车2020年正式上路测试，2022年正式上市销售，单价40万美元；通过其官方推特宣称已获得80亿美元的预订单，并计划与挪威NelHydrogen公司合作，2018年开始在全美陆续建设364个加氢站，并在2019年末陆续向公众开放，到2028年将累计达到700座。FedEx和UPS都在DOE的资助下开展燃料电池快递车辆运行试验。

4结论

1）美国高度重视氢能及燃料电池产业的发展，视氢能为未来不可或缺的、仅次于电能的重要二次能源，在未来的工业、交通运输、电网储能、供热发电等领域都将占有相当的比重。

2）美国在燃料电池领域开展了长期、深入、全面的技术研发以及工业验证实验。美国从20世纪70年代就开展了氢能相关领域的研究工作，在制氢、储氢、输氢、燃料电池、储能、相关安全环保事项、相关标准等领域技术储备雄厚。在燃料电池发电、燃料电池叉车、燃料电池商用车、燃料电池巴士、燃料电池载重货车等领域进行了长期的工业验证实验。

3）美国商业化推广燃料电池态度是积极的，方式是慎重而稳妥的。在有充分的技术储备后，美国政府仅利用少量的补贴进行了市场引导用于商业初期验证实验，实践证明这部分技术已经具备市场竞争力，有望看到未来美国在燃料电池领域取得更长足的进步，获得更多更广泛的应用。

4）燃料电池技术是保障国家能源安全重要的技术手段。氢能可有效整合多种化石能源和可再生能源，加大可再生能源部署、提高能源自给率、有效降低原油消耗，为 社会 提供一种环保、高效的能源，对保障国家能源安全具有重要意义。

5）氢能是可以安全部署和利用的。几万台氢燃料电池叉车十几年的安全运行经验，十几台氢燃料电池巴士上百万公里的运行试验，证明了氢气是可以被安全、高效利用的。

6）固定地点或固定线路、高运营负荷的的燃料电池应用场景更适用于氢能产业的初步推广。对比美国和日本的实践，美国的模式是1个加氢站服务1个物流中心数十台、数百台燃料电池叉车，制氢售氢企业和燃料电池用户的初始投资不高，而数十台满负荷运行的燃料电池叉车就可以平衡1个35兆帕加氢站的投资收益，制氢售氢企业和燃料电池应用企业的投资回报合理，产品在没有补贴的情况下得到迅速推广；而日本在本州岛大量建设加氢站，由于初期氢燃料电池乘用车售价较高、数量不足，平均每个站1天只服务几台车，制氢售氢企业处于全面亏损状态，同时由于加氢站的密度不够、使用不便，用户没有经济收益，一般用户也不愿意选择氢燃料电池乘用车替代燃油乘用车。燃料电池乘用车的继续推广需要制氢售氢企业坚定战略方向，等待燃料电池成本下降，燃料电池乘用车得到普及。

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一、前言 美国，是矿产资源大国，也是世界重要的矿产品生产国和消费国。美国的矿产资源与矿业管理制度，在西方发达国家中具有一定的代表性。 美国作为世界资源消耗大国,被称为"车轮上的国家"，虽然也是资源大国，但它高度发达的经济消耗了太多的资源，造成了美国的"能源危机"，经常为了能源而以这样或那样的借口发动对外战争。 在经历资源破坏、环境污染所带来的一系列灾难及能源危机给经济造成的重创后,美国开始在节约能源、合理利用资源方面采取了一些举措,并取得显著成效。开源节流，使美国逐步改变其资源使用方式,走上了资源节约型社会发展之路。 美国在节约能源及合理利用资源方面积累的经验值得借鉴。 二、矿产资源概况 美国矿产资源丰富。据美国地质调查局2006年和BP世界能源统计回顾2006年提供的最新资料数据，美国目前探明的矿产储量为：石油3600百万吨，煤炭246643百万吨，天然气192.5万亿立方英尺，铁矿石6900百万吨，钼270万吨，铜3500万吨等。 其中，美国的煤炭、稀土、铁矿石、钼、铜、铅、锌、金、银、硼、硅藻土、天然碳酸钠、重晶石等矿产储量分别占世界总储量的27.1％（煤炭）、14.8％（稀土）、4.3％（铁矿石）、31.4％（钼）、7.4％（铜）、12.1％（铅）、13.6％（锌）、6.4％（金）、9.3％（银）、23.5％（硼）、27.2％（硅藻土）、95.8％（天然碳酸钠）和12.5％（重晶石）。分别列居世界第1、3、7、2、2、3、3、5、6、2、1、1和3位。 此外，美国的石膏、滑石（和叶腊石）、高岭土、膨润土等矿产储量或资源量，也在世界上处于领先位置。 美国油气资源主要分布在全国5大油气区30多个油气盆地中。5大油气区分别为：墨西哥湾含油气区、北美地台含油气区、加利福尼亚含油气区、落基山含油气区和阿拉斯加含油气区。 目前探明的石油储量主要集中在德克萨斯、路易斯安纳、阿拉斯加和加利福尼亚等4个州。其中，得克萨斯州的石油储量占美国总储量的22％，路易斯安那州占20％；阿拉斯加占20％；加利福尼亚州占18％。 美国煤炭资源则主要分布在蒙大拿州、伊利诺斯州、怀俄明、西弗吉尼亚、堪萨斯、宾西法尼亚、德克萨斯和印第安那等州，其中，蒙大拿州和伊利诺斯州是美国煤炭资源最丰富的两个州，蒙大拿州煤炭资源量占美国煤炭总资源量的24％，而伊利诺斯州占美国煤炭总资源量的21％。 美国金属矿产资源如铜、铅、锌、金、银、钼、铀等主要分布在西部地区，包括内华达、犹他、亚利桑那、蒙大拿、爱达荷、加利福尼亚、阿拉斯加、科罗拉多和新墨西哥等州。 铁矿资源则主要分布在苏必利尔湖区一带。美国非金属矿产资源则遍布全美各地，但以东部和西部地区居多。 三、石油与金属消费状况 2005年，美国石油消费为每天20660千桶，煤炭消费为1023.4百万吨，天然气消费量为219780亿立方英尺，分别占世界总消费量的25.0％、19.6％和23.0％。 在2000年到2005年的6年中，美国石油年消费量最高为2005年的每天20660千桶，最低为2004年的每天19625千桶，平均为每天19907千桶。煤炭消费量则变化在961.4－1023.4百万吨之间，平均年消费量为988.2百万吨。天然气消费量变化在219780－233330亿立方英尺之间，平均年消费量为225420亿立方英尺。 在消费发展趋势上，从2000年到2005年，美国石油消费量年均增长率为1.0％，煤炭消费量年均增长率为0.8％，而天然气消费量则成负增长，即减少趋势2005年，美国精炼铝消费量为611.4万吨，精炼铜消费量为233.6万吨，精炼铅消费量为146.9万吨，精炼锌（锌锭）消费量为101.8万吨，精炼镍消费量为13.3万吨，精炼锡消费量为4.21万吨，钨消费量为1.16万吨，钼消费量为3.42万吨。 前六种金属（铝、铜、铅、锌、镍和锡）的消费量占世界总消费量的比例分别为19.3％、13.5％、19.5％、9.8％、10.1％和12.1％。2005年美国钨和钼的消费量在世界总消费量中的比例，目前无可得数据进行计算。 在2000年到2005年的6年中，精炼铝的消费量变化在523.0－616.1万吨之间，平均每年消费量为574.7万吨；精炼铜的消费量变化在229.0－301.0万吨之间，平均每年消费量为250.5万吨；精炼铅消费量变化在146.9－169.4万吨，平均年消费量为158.0万吨；精炼锌消费量变化在101.8－131.5万吨之间，平均年消费量为116.6万吨；精炼镍消费量变化在11.8－14.7万吨之间，平均年消费量为13.0万吨；精炼锡消费量变化在4.21－5.72万吨之间，平均年消费量为4.88万吨；钨消费量变化在1.01－1.45万吨之间，平均年消费量为1.25万吨；钼消费量变化在1.96－3.42万吨之间，平均年消费量为2.65万吨。 四、资源节约型社会的建设经验 (一)以节约能源为重点。美国对资源的节约使用始于节能,并始终视为重点。从总体上看,美国的节能政策和措施可分为两类:一是在政府管理下,通过法律等形式施行,属于政策性手段二是通过财税等经济手段鼓励节能,属于市场行为。 1.实施能源管理。美国政府设有专门的节能机构,同时允许非政府组织参与能源管理。这些机构的职责主要是为节能工作创造一个有规则的市场环境,同时对政策的实施起到监督和调控作用。美国负责能源管理的政府机构分为国家(联邦)和地方(州政府)两个主要层次。其中,美国能源部(DOE)是最主要的政府机构,负责能源政策的制定和执行。美国环保署(EPA)和联邦能源管理机构(FERC)是推动节能工作的辅助部门。此外,大部分州政府设有相应的能源管理部门,负责抓各州的节能工作和执行国家的能源政策。美国节能机构的另一个重要组成部分是非政府机构,美国能源效率经济委员会(ACEEE)和美国自然资源保护委员会(NRDC)是其中最重要的两个组织。 2.制定节约能源的法律法规。美国在能源管理方面十分重视法制建设,注重用法律手段加强节能管理,形成了完善的节能法律法规体系。美国能源立法大体经历三个阶段。第一,能源危机紧急应对阶段。为应对1973年以来的两次石油危机,美国于1975年颁布《能源政策和节能法案》,于1978年颁布《国家节能政策法案》和《公用电力公司管理政策法案》。第二,降低电器设备耗能阶段。美国于1987年制定了国家设备能源保护法,颁布《国家家用电器节能法案》。第三,制定国家能源综合战略阶段。美国于1992年颁布《能源政策法案》,于1998年公布了《国家能源综合战略》,并于2005年颁布《国家能源政策法》。 3.重视能效标准的制定。制定并执行能源效率标准是美国节能工作的重要一环。美国颁布和实施的能源效率标准分为强制性和自愿性两类。在全国范围内实施的强制性标准需经过国会讨论和批准,具有法律效力。自愿性标准则由企业界自行制定和实施,若实施后得到政府、企业界和公众的认可,则有可能被改为强制性标准。能效标准的具体应用归功于"能源之星"项目的推行。"能源之星"是美国政府推出的一项旨在指导企业和个人提高能源利用效率,从而保护环境的节能项目。它是美国环保局20世纪90年代推出的商品节能标识体系,凡符合节能标准的商品会贴上带有绿色五角星的标签,并进入美国环保局的商品目录得到推广。 4.对节能行为进行现金补贴。现金补贴是直接刺激节能行为的一种有效方式。在美国,联邦政府、州政府及电力公司等公用事业组织每年均会给予大量经费补贴用予鼓励用户购买节能产品。此外,美国在节能研发方面也采取多种融资方式提供现金支持,并以多种形式进行资金资助和补贴。 5.减免节能项目的税收。税收减免是节能财税政策的一项重要举措。如,在2001年美国财政预算中,对新建的节能住宅、高效节能建筑设备等实行了减免税收政策,规定在2001年1月1日~2005年12月31日期间,凡在美国国家节能标准(IECC标准)基础上再节能50%的新建建筑,每幢减免税收2 000美元,对各种节能型设备,根据能效指标分别减税10%或20%。 6.提供抵押贷款服务。美国一些官方和商业贷款机构对节能型产品提供抵押贷款服务,对此类产品提供优惠的低息贷款以鼓励节能产品的开发。此外,还采取返还现金、低利息等措施鼓励居民购买"能源之星"认证的住宅等。 (二)推动循环经济发展。早在20世纪70年代,美国就开始提出循环经济概念。由于政府措施得当,加之产业界和公众的支持,美国正在向循环型社会发展。美国制定一系列以循环利用为目标的资源使用政策,主要内容有:一是促进可再生资源的开发利用,二是充分合理利用现有资源,三是鼓励节能。 1.回收利用废弃物。经过几十年的发展,废弃物的回收利用在美国取得了很大发展。据美国环保局公布的数据,1999年美国回收利用的固体废弃物高达6 400万吨,废弃物的回收利用率比15年前提高一倍,达28%。 2.鼓励发展可再生资源。美国政府采取一系列调控手段培育与可再生资源相关的市场。如,1993年克林顿总统签署行政令,要求再生产品在所有政府机构的办公用品中应占20%,1999年将这一比例提高到30%,这一行政令的实施使再生产品在联邦政府的采购物品中两年内增加到35%。在政府的带动下,各州和地方政府也相继制定政策,鼓励人们购买使用再生物质的产品,推动了美国可再生资源的开发。 (三)实施资源节约战略 1.通过立法管理资源。美国政府注重用法律手段来管理资源。迄今为止,美国已制定了一系列严格的资源保护法律、法规,主要有《多重利用、持续产出法》、《森林、牧场可更新资源规划法》、《联邦土地利用和管理法》、《濒危物种法》、《海岸带管理法》及国家公园管理法规系列。这些资源保护法和控制资源开发活动的各类经济法,加上有关国际公约,共同构成完整的资源保护法律法规体系,大大增强了对资源开发利用和保护效应。 2.利用经济手段管理资源。美国经济以市场为导向,注重充分利用经济手段管理资源。为改变资源短缺与资源大量耗用并存的矛盾,美国政府着力完善资源产权制度,调动各方保护资源、节约资源的积极性,实现资源产业化管理,改变了资源无偿或低价使用的状况。此外,美国正逐步建立完善统一的资源市场及合理的资源价格体系,利用经济杠杆推动资源的高效利用。 五、能源资源利用的现状 (一)能源利用效率明显提高。由于节能政策的不断调整和技术上的不断进步,美国的能源利用效率长期处于世界领先水平,能源利用效率不断提高,节能取得显著成效,GDP单位能耗逐年下降,从1970~2005年,全美GDP单位能耗下降了将近50%。目前美国的能源利用效率仍然很高:2007年美国单位GDP能耗为8.8百万BTU/美元(BTU:英制热单位),比1973年下降了98%。 (二)能源消费结构得到优化。美国能源消费以石油、煤炭和天然气为主。二战后,美国的石油进口量逐年增加,石油进口依存度极高。随着美国政府出台的一系列相应措施,其能源消费结构得到优化。据美国能源部统计,2005年全美一次能源消费中,石油占40%,煤炭占23%,天然气占23%,核能占8%,可再生能源占6%发电消耗的一次能源中,煤炭占49.8%,核电占19.9%,天然气占17.9%,可再生能源约占9.1%。这表明美国石油消费比例已大大降低。 (三)可再生能源发展成效显著。美国是世界上最大的可再生能源生产国,并实现了可再生能源的多元化利用。美国联邦政府还制定许多经济激励政策,以降低可再生能源产品及服务的成本和价格,培育和扩大可再生能源的市场需求。近年来对几种不同的可再生能源利用现状如下:风力发电方面,美国的风电装机容量处于世界领先地位,2002年累计装机容量达467万千瓦太阳能光伏发电方面,美国已开展100万套屋顶光伏计划美国是世界上生物质发电装机最多的国家,目前拥有350多座生物质发电站美国还非常重视氢能,2003年投资17亿美元启动氢燃料开发计划,2004年建立了第一座氢气站。 六、经验启示 (一)建立基于市场的节能政策调节机制。美国在充分发挥市场对节能的激励、约束作用基础上,灵活采用财税政策,引导不同群体出于自身利益去自发节能。完善相关的配套政策,使市场机制能够发挥作用。 (二)出台资源节约的法律、法规,制定能效标准。进行节能立法,制定能效标识和节能监督等法律法规,形成完备的节能法律法规体系；制定和实施能效标准体系,为节能工作提供依据和衡量标准。 (三)提高资源利用效率,开发可再生资源。坚持节能与开发并举,在加强技术研发、提高能源利用效率的同时,开发和利用我国丰富的可再生能源,如风能、地热能,等等,实现能源利用多元化。借鉴循环经济的做法,提高资源整体利用效率,并着力开发各类可再生资源,鼓励消费者使用可再生资源生产的产品。 (四)加强节约型社会理念的宣传。美国在制定每项政策措施的同时注重宣传,公众的积极参与是推动美国节约型社会建设的重要动力。利用各类媒体进行宣传,建立长效宣传机制,在全社会形成科学消费、循环节约的理念

美国是个生产大国，也是个消费大国。在一般人的印象中，美国人大手大脚，不重视节约。其实不然。美国人在个人生活中很节俭，在国家政策层面则一向重视发展循环经济。在美国，早在上个世纪70年代末起就制定了一系列以循环为目标的能源政策。此后虽不断调整，但其核心内容一直围绕三点：一是促进可再生能源的开发利用，二是充分合理利用现有资源，三是鼓励节能。多年来，美国政府主要通过财政手段鼓励可再生能源的开发和利用。美国不仅拨款资助可再生能源的科研项目，还为可再生能源的发电项目提供抵税优惠。2003年，美国将抵税优惠额度再次提高，受惠的可再生能源范围也从原来的两种，扩大到风能、生物质能、地热、太阳能、小型水利灌溉发电工程等更多领域。为扩大可再生能源市场，美国采取了由政府部门带头使用这一新能源方式的办法。美国已经要求其联邦机构使用可再生能源的比例，在2011年达到总能耗的7.5%。去年美国根据《能源政策法》拨款3亿美元，用于实施太阳能工程项目，其目的是在2010年前在联邦机构的屋顶安装2万套太阳能系统。在不影响环境的前提下，充分合理利用现有资源也是美国政府的一贯方针。水电目前占美国能源产量的10%，也是其最大的传统可再生能源。美国现有约7.5万处堤坝，但只有约1/3得到利用。美国联邦政府去年增拨1亿美元用于提高现有水电站的生产能力，进一步提高水电站发电量。煤是美国最丰富的传统资源之一，近年该国提出了“让煤更干净”的口号，联邦政府准备在2004年到2012年期间，每年拨款2亿美元，用于减少煤电环境污染等技术的开发和相关工程建设。美国政府近期还承诺为建设更安全、更高效的新核电站提供贷款担保。节能是美国能源政策的另一大重要内容，也是循环经济的一个重要方面。在2004年到2006年间，美国政府准备每年拨款34亿美元给地方州政府，用于旧家电回收和鼓励购买节能新产品。美国还在法律中对一些耗能型商用和消费者产品设定了新的节能标准。这些产品包括变压器、电风扇、自动售货机、商用冷柜和冰箱等。另外，美国还为生产节能型家电的厂家提供抵税优惠。同时，消费者购买节能设备也将获得抵税优惠。石油是战略性资源。为节约石油资源，减少对石油的依赖，使能源来源多样化，美国从石油消费大户——汽车下手，鼓励研发和使用新型可再生能源车辆。美国规定，购买燃料电池车等新型车辆的消费者可享受抵税优惠。美国还鼓励乙醇和氢电池的研发和生产，以便为车辆提供新的燃料。

中新社北京9月12日电(记者 闫晓虹) 中国国家电网12日晚间透露，美国当地时间9月11日，中国国家电网所属国网能源研究院与美国国家可再生能源实验室在丹佛签署战略合作协议。

中国国家电网董事长刘振亚、美国能源部有关负责人、美国国家可再生能源实验室丹。阿维祖院长，出席签字仪式。

刘振亚在致辞中充分肯定了美国国家可再生能源实验室在清洁能源技术创新方面所作的工作。刘振亚指出，世界能源发展正面临资源紧张、环境污染、气候变化等严峻挑战，严重威胁人类生存和发展。解决世界能源问题，必须转变过度依赖化石能源的发展方式，加快实施“两个替代”、构建全球能源互联网，实现可再生能源大规模开发和高效配置与利用，从根本上解决能源安全和生态环境问题。刘振亚希望，双方发挥各自优势，在技术研究、标准制定、市场分析、政策咨询、并网运行等方面加强合作，共同推动全球能源互联网发展和可再生能源开发利用，促进中美能源合作再上新水平，为实现世界能源和人类社会可持续发展作出积极贡献。

丹。阿维祖在致辞中，对中国国家电网在特高压、智能电网、可再生能源发展方面取得的成就表示钦佩，对全球能源互联网构想高度赞同。希望双方以此次合作为契机，为深化中美能源合作、共同推动全球能源互联网创新发展、实现世界能源可持续发展贡献力量。

国网能源研究院院长张运洲和美国国家可再生能源实验室院长丹。阿维祖分别代表双方签署了合作协议。

美国国家可再生能源实验室成立于1974年，拥有1500多人的研发团队和近700名来自世界各国的交流人员，拥有世界一流的太阳能、风能、储能等领域的科研设施，在全球可再生能源研究领域具有广泛影响力。