未来能源是什么？
自200年前的工业革命工业革命发生在18世纪后期到19世纪初期。当时，农业、制造业和交通领域都发生了重大变革，它们对英国的社会经济学和文化等都产生了重大影响。这些变化不久就蔓延至整个欧洲和北美大陆，最终波及全球，导致了全世界的工业化进程。工业革命的发生标志着人类社会重要的转折点。人们日常生活几乎所有的层面都受到了不同程度的影响。以来，人类就对化石燃料产生了依赖。人们几乎从未想过会有所改变。也许环保人士危言耸听，也许有些良心不安，也许会把中央空调调低一两格，或者买辆低油耗汽车。但实际上能够停止使用这些人们所必需的用品吗？
“难以想象：真的没有选择了吗？”
眼下气候变化问题争论得甚是激烈，根源就是安于现状，缺乏对未来的设想。“节约能源”——不错的环保口号，但无济于事。除非此刻经济停止增长，如果情况不是这样（也不可能这样），则就算用最“有效”的手法也只能暂时缓和，不管节约多少，很快就会被更高的人均能源消费所吞噬。即使人们像苦行僧一样生活，也是换汤不换药的做法。环保主义者哀叹他们预计的暗淡前景似乎就会成为现实。油价已经突破了历史最高限度，石油储量告急，当这些不再是窃窃私语、市井传言而成为公开议题时，人们有理由相信，世界末日真的不远了……但也并不是每个人都如此悲观。在物理学家、生物学家和工程师的眼中，另一个世界正在成型。如本书所述，化石燃料经济时代结束后的计划已经在制定中，而且没有多少痛苦的转型过程。提倡新能源的人士不会威逼吓唬，而是去诱导人们，为他们勾画出一个超出想象却又同样舒适，甚至更加美好的世界。
可替代能源听起来像在逃避现实。风能和太阳能似乎都很难像现在的锅炉和蒸汽轮机那样给这个繁忙而自我的世界提供足够的电力。电池驱动的汽车似乎有点搞笑，就像送奶的马车，离名牌跑车还差得远，但新的可替代能源的支持者却非常认真。尽管他们中不少人看中其环保价值，但更多的却是为了钱。
因此不管是什么替代品，必须要便宜（至少不必像现在这么高），又要容易使用（至少不比现在难）。对于石油的替代品来说，价格突然不是什么问题了。在未来可替代能源领域中，生物燃料或者电池将会比今天的石油更有竞争力。当然，今天的石油价格不是一成不变的，石油的价格或许会跌。但随着农作物的改良，制造加工技术、生产流程和燃烧效率的提高，生物燃料价格也会下降。与此同时，在可预见的未来，电力会比汽油便宜。未来的电动汽车插上插座就能充电，如同现在用油泵加油一样。日本本田公司近期公布的新车型依然属于氢燃料电池驱动车，而电池汽车不需要新渠道输送能量。现有的电网调整优化后，能提高发电站输出电能的使用效率，这样，基础设施就已足够用了，关键是用什么发电。另外两种能源似乎会是更合适的替代品。风力已经赶上天然气，后者的价格随着石油的价格水涨船高，而风力价格已经接近煤炭价格，太阳能也只落后几年。大多数现代体系已经认可了风力这种档次的价格。事实上，两个行业都非常成功，以至于制造业都无法跟上它们的发展步伐。其实它们价格本不该如此，只因受制于供应不足的瓶颈而被迫提高。煤炭是最便宜的发电燃料，但燃烧时产生的二氧化碳对气候有很大影响，这迫使人们为气候变化而付出巨大的代价。如果对其收取特殊税将有助于替代能源的发展。然而，就算不需支付这种税，一些雄心勃勃的企业家已经开始讨论采用比煤炭更便宜的替代能源了。
力量与荣耀
未来技术的大发展很可能主要取决于可替代能源。人人都需要一个繁荣昌盛的市场，而最繁荣的市场取决于科技革新的成果。世界上一些敢于冒险的企业家都从20世纪80年代的计算机大普及，90年代的互联网大发展和21世纪初的纳米技术与生物技术的飞跃中获利。目前，他们正在寻找下一个科技大发展的领域。他们认为自己已经找到了这一领域：能源。
以往的许多繁荣都曾得益于能源：燃煤蒸汽机、燃油内燃机、电力的大发展，甚至航空旅行的激增等。但是，在过去的几十年中，与能源相关的繁荣却没有什么重大突破。煤炭是廉价的，天然气也是廉价的。除了20世纪70年代那段时间，石油也是便宜的。一种真正的新奇事物就是核能的闪亮登场，改革的压力已降至最低。在两年时间里，一切都发生了改变。石油已不再廉价——达到历史最高点。
能源构成
人们正日趋关注这样一个问题：随着消费量的持续增加，石油供应的峰值可能会很快到来，已有的石油资源会被耗尽，而新的油气资源又难以找到。人们越来越关注自己的汽车油箱内的燃料，而不是从地下采出更多的石油。这似乎是一种近乎狂热的经济行为。人们目前并不认为可以用车载电池来取代汽车的油箱。天然气价格与石油价格同步增长，这也带动了电价的上涨。相比之下，风能与太阳能的价格并不算高。实际上，煤炭的价格依然便宜，而且是正在工业化的亚洲发电厂所喜欢的燃料。但是，富裕国家观察事物的角度是不同的。从理论上讲，美国仍有大量待建的燃煤发电厂。但在过去的15年中，仅建成了为数不多的此类发电厂，相当多的待建项目或被推迟或被取消，其主要原因如下。
首先，美国已建了大量工厂。其次，美国的电力公司担心自己很快就会因二氧化碳的排放而支付特殊的污染费用。富裕世界的其他地区已经开始实施这一措施。人们已经为燃气发电厂大量投资，但很快就发现自己进入了一个价格不断上涨的陷阱，人们不想再犯同一种错误。风能与太阳能所面临的是巨大的资金缺口与空前的发展机遇。这些零资源能源的未来价格是可知的，即使目前人们对风力与太阳能发电厂的投资已经超过了燃煤发电厂的投资，但前者的经济价值依然难以判定。风能与太阳能发电大发展的前景不够明朗，人们对它们的认识还可能改变。当经济下滑时，全球变暖全球变暖是自20世纪以来地球表面空气与海水平均温度升高的现象，而且地球温度仍然在继续升高。从2005年底向前100年内，全球地球表面的平均温度上升了0.74±0.18℃(1.33±0.32°F)。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）总结认为：“自从20世纪中叶以来，绝大多数所观察到的全球平均温度上升很可能是人为产生的温室气体浓度增加所致。”即温室效应增加的后果。太阳变化、火山活动等自然现象可能不会对前工业化时期到1950年期间的全球变暖造成明显的影响。而在1950年以前，全球气温还略有下降。这些基本的结论已经得到至少30个科学团体和学术机构的赞同，包括主要工业化国家的国家级科研机构。(这是一种长期现象）可能并不为绝大多数人所关注。当新的油气资源满足了亚洲地区日益增长的需求时，高油价就可能下跌。但这些原因可能都不会完全消失。
“如果敌对的政府能够被和平地更迭且资源变得更加多样化，则人类的能源供给就会得到保障。”
如果石油意味着传统的、能够很便宜地从地下开采出来的资源，则石油峰值石油峰值是指全球石油开采达到最大值的时间点。从这个时间点以后，石油的生产就进入了最终的衰减阶段。这一概念是根据对单口油井开采率而得出的。一口油井的总生产率在达到峰值之前一直呈增加状态，到达峰值后就开始下降，而且这种产量下降往往是相当迅速的，一直到油田枯竭。用这一概念可以总结一个国家的国内生产率，并可用于全球石油开采率的分析。重要的在于人们应注意到石油峰值并不是指石油正在被耗尽，而是指石油开采率达到峰值以及随后的减少。可能很快就将到来。自然界中存在着丰富的其他种类的油气资源（如油砂等），因此油气资源在一个较长的时期将不会被耗尽。但它的生产成本将更为昂贵，而且以后的生产费用将会高于今天的费用。此外，任何政治风险都将危及石油的安全，因为政治风险常常与政府相关，原因很简单——石油资源的存在也会引起政府的腐败，这种政府根本无法控制它们的政治家的行为。
能源的市场非常庞大。目前全球人口每年消耗的能量约为15太瓦（1太瓦等于1万亿瓦）。做一个商业性转换，这相当于一年全世界经济产出的十分之一。到2050年，全球电力消耗量可能将会达到30太瓦。如果它被物质化，而且它在目前占主导地位，尤其是那些依靠信息技术的能源市场的份额将达近几千亿美元。新的技术不断更新产生了突破性效应，迫使人们更换现有的设备。然而，建造风能发电厂并不需要关闭燃煤的火力发电厂。出于上述两种原因，任何从一种以化石燃料为基础的经济过渡到另一种以可再生能源为基础的经济，即向绿色能源的转换都可能是一个缓慢的过程。过去，这方面的改变并不大。另一方面，从市场供应规模来看，可替代能源的机遇使得它们已处在转化的边缘并已渐成潮流，风能的利用正是如此。一些能源技术具有创新性和突破性潜力。比如“插入式”（Plug-in）汽车就可以电力为动力来源，其费用相当于每升汽油25美分。然而，这可能会对石油、汽车制造业和电力工业造成冲击。
过去的几十年中，技术创新为能源工业的发展提供了有利机遇。实际上，在能源领域中，生物技术与纳米技术并不会有太大的发展，主要掣肘于它们的工业应用，而工业应用也将会促使它们的发展，同时也会使这些技术重现辉煌，也会产生许多新的技术。能源的新技术并没有太多的突破。埃隆·马斯克（Elon Musk）是一位发明家，与人共同开发出一种电池动力的运动型小汽车。拉里·佩奇（Larry Page）与谢尔盖·布林（Sergey Brin）是谷歌（Google）的创始人，他们已经启动了一项名为Google.Org的计划，旨在找到一种能使可再生能源真正比煤炭更为便宜的途径。这种对能源领域中可再生能源的兴趣正在产生大量的新观念，其中一些是颇具前景的，而另一些观念则是离奇古怪的，它们可以令人想起网络公司大繁荣的时代。随着这种大繁荣，绝大多数此类观念将会变得无足轻重。但是，在它们中间，没准就会出现像Paypal、Google或Sun这样的成功企业。一些更为传统的公司也正在引起人们的兴趣。通用电气公司（General Electric，GE），是美国最大的工程企业，也已大力发展风力涡轮机技术并积极致力于它们的太阳能利用开发业务。美国纽约的Schenectady实验室的能源研究者正在充分地享受着自己企业的科学民主气氛，他们的研究经费非常充足。
同时，英国石油公司与壳牌公司正在成为学术与创新的领头羊；一些拥有充满希望的企业，如杜邦（DuPont）公司（世界上最大的石油化工企业之一），它们也投入了可再生能源的开发利用。当然，也并不是所有的企业都投入此类研发工作。埃克森—美孚石油公司（Exxon-Mobile），这家世界上最大的私营石油公司就没有从事此类研发工作。但是，在大量的可再生资源研发过程中，也不可能不受环境保护人士的指责。一些人抱怨，许多已有的可再生能源依靠额外的补贴或者其他形式的特殊处理才可被利用。从表面上看，此话当真。但深入分析起来，地球上的所有能源都得依靠“补贴”才可获取，它们既明晰又隐秘，而且它们的开采成本也不尽相同。所以，人们就为发电寻求可再生能源，如风能涡轮机就正是这种可再生能源的施展领域。在多云天气的德国、运营的太阳能工业以及美国人所使用的以玉米为原料的乙醇工厂等都是可再生资源利用的实例，当然，巴西人所使用的以糖为原料制成的乙醇则要便宜得多。虽然这种由非化石燃料进行的发电已经在电力生产中占据了一定的比例，但是似乎这种特殊的发电技术目前还并未形成大气候，它们仅停留在市场上展示创新发明的阶段。
如果世界是理性的，则所有这些关于能源的限制都将被一扫而光，而且正如时下在欧洲所发生的那样，它们会由适当的碳税所替代。根据英国投诉 IPCC的建议，风能的交易价格已经进入了总量管制与排放交易体系。如果目前的风力发电已经具备了与化石燃料的竞争力，那么，其他可再生资源的大发展也就为时不远了。但很遗憾，对这种资源替代的特殊做法可能是相当不错的，但这种调整需要特殊的工艺技术，它们既不喜欢华而不实的好大喜功，也不能在不需要时就匆匆放弃。
贫瘠的世界变得更绿。对此，至少富裕的世界是这么认为的。即使一些西方的政治家和商人对此持否认态度，但那些贫穷的、正在迅速发展的国家已经在越来越多地关注着可再生能源的开发利用。事实是，中国正在以众所周知的速度大建燃煤发电厂。但中国也拥有自己庞大的风力发电能力。在2008年，这种风力发电能力有望增加三分之二。中国拥有数量上排名世界第二的太阳能镜面板，这还不算遍布中国大地的屋（楼）顶的太阳能热水装置——那是世界第一的。巴西拥有仅次于美国的世界第二大风力资源以及最具经济效益的生物质能燃料工业。生物燃料在巴西人的小汽车燃料消费中已经占到了40%的份额，而且很快就会占到发电量中15%的份额（通过制糖废料的燃烧发电）。南非正在成为新型的、安全而简单的核反应器应用的领头羊。从严格意义上讲，核能并不是可再生能源，但核能是无碳排放的，因此，越来越受到人们的欢迎。这些国家以及一些与它们相似的国家正在准备放弃化石燃料。这些国家将因地制宜就地取材地获取自己的能源。所以，如果可再生能源和其他可替代能源在价格方面能具竞争力的话，则穷国和富国都将接受它们。
如果政治的与经济的变化仅仅出现在高价和资源量短缺阶段，而与人类对石油峰值到来的恐慌无关的话，那么，经济变化对这些油气进口国的伤害在很大程度上将取决于石油峰值期之后石油进口量如何快速下降的情况。出口国家的模拟模型表明，人们所能开采出来的石油量在全球范围内下降的速度大大地快于石油出口国的石油产量，因为这些石油出口国的石油需求量也在快速增长。产量的下降（因此供应量也会下降）将会导致油价大幅飙升，如果人们的需求量能够保持在一个计划中的适当水准，并使用替代能源，则这种情况可得到缓解。在石油峰值期到来的20年中，我们一直需要这样行事。根据乐观的预测，石油生产的峰值期将出现在2020年至2030年左右，而对替代能源的重大投资应该在这种危机出现之前就进行，以避免在一些发达国家中人们的生活方式和水准发生明显改变。这些模型表明，石油的价格先会逐步上升，然后随着其他类型燃料和能源的投入使用，油价就会下跌。根据悲观的预计，如果以目前的速度开采，石油的峰值期已经达到或即将到来，任何积极的措施可能都不会有什么作用。据此预测，全球的油气产量将会下降，并可能导致全球市场上一系列连锁反应，还可能造成全球工业文明的倒退。在2008年初，有迹象表明，不断攀升的油价将会使可能衰退的经济形势更加岌岌可危。面对能源危机，广泛采用绿色能源和保持适当的节能生活方式已为人们广泛接受。这已促使人们对可替代动力和燃料能源研究的关注，比如燃料电池技术、液态氮技术、氢燃料技术、生物乙醇制取技术、生物柴油、克里斯低温碳处理技术（Karrick Process）、太阳能利用技术、地热能使用技术、潮汐能、波浪能以及风能与核聚变能的利用等。目前从天然气中获得氢气，为一种纯能量损失过程，而在北美洲和世界其他地区这种氢气的产量正在下降。一旦停止从天然气中提取氢气，人们依然需要从其他能源中获得氢气，当然，其加工处理过程依然需要消耗大量能源。然而，这也使得人们将氢认定为一种能量的携带者，像电力一样，但不是一种资源。未经检验的脱氢加工过程也已证明，水可以作为一种能源。效率机制，例如大功率的发电厂能够明显地更加有效地利用目前已有的发电能力。这是一个用于描述日益增加的交易效率的名词，应用消耗功率去增加可以实现的市场供应而不是增加发电厂的发电能力。因此，目前是一个可替代能源的买方市场。可再生资源有效地利用了自然资源，如太阳光、风、雨水、潮汐以及地热等，它们是可以自然补充的，而且目前的技术水平是可以利用太阳能、风能、水力发电和微型水电能力、运输业中的生物质能与生物燃料。
2008年全球所消耗的能源中，约14%来自于可再生能源，13%来自于传统的生物质能，如木材燃烧。水力是地球上第二大可再生资源，达3%。接下来是热水，占到全球能源消耗中的1.3%。现代技术所开发的地热、风能、太阳能以及海洋能在全球能源消耗中的贡献占0.8%。这些领域的技术应用潜力是极其巨大的，超过了所有其他可以获得的资源量。可再生能源技术往往会因为它们的间歇性或其他原因而备受指责，而可再生能源市场也正以多种形式发展着。
风能的利用以每年30%的速率增加，在全球范围内，装机容量已达100吉瓦，风能已在多个欧洲国家和美国得到了广泛的应用。2006年，全球的光伏（太阳能）工业所产生的电力已达2100兆瓦，太阳能（PV）发电已在德国广泛使用。在美国和西班牙的太阳能发电厂大量运营，其中最大的太阳能发电厂 SEGS坐落在美国的莫哈维（Mojave）大沙漠区，它的年发电量达354兆瓦。全世界最大的地热发电厂位于美国加利福尼亚州的Geysers(黄石公园地区)，其发电量达750兆瓦。巴西的可再生能源发电厂是世界上最大的此类发电厂之一，所使用的燃料来源于制糖原料的生物乙醇，在全国汽车用燃料中，18%为生物乙醇。在美国，乙醇燃料也得到了广泛的应用。目前，一些国家已经制定了大型的可再生能源开发计划，可再生能源激活素目前在发电领域的应用尚不广泛，多用于偏僻而遥远的地区，而能源在人类社会的发展中则是至关重要的。肯尼亚的家庭太阳能拥有量占全球之冠，每年大约有30000个小型（20～100瓦）太阳能利用系统投入使用，气候变化与高油价有着密切的关系，石油峰值期和日趋增加的政府支持正在促进着可再生能源利用的相关立法，加速它们的利用与商业化。
所有可再生资源图示
煤炭作为发电燃料的历史已经很长了，而且还会继续保持下去，当今，发电量的50%以上是由燃煤产生的。核能发电是第二大来源，在美国没有新的发电厂建成的前提下，核能的发电能力已经达到17% 。天然气为第三位，约占14%，但几乎所有新建的发电厂都表示要以天然气为燃料。而且，目前还有一种将燃煤转变为燃气的发展趋势，其余的发电能力为燃油和水电（图11.1和图11.2）。
图11.1 1950—2020年用于发电的燃料
经济发展增加了总电力的消耗，而技术的进步却可制止这一消耗。通货膨胀与有效价值也影响着电力价格与使用方式。美国的能源消费效率中，存在着一种进行长期改革的趋势。对电力需求的增加是未来能源消耗预期稳步增长的主要原因（表11.1）。
公共事业部门与非公共事业部门对燃料的选择是非常不同的。在公共部门所发出的电力中，最大比重（57%）是以煤炭为燃料的，但非公共事业部门所发出的电力中，以天然气发电为主占52%，水利或以木材为燃料的发电厂的发电比例达到令人惊奇的14%，而公共电力部门，所占比例则不到1%。这些统计指出了非公共事业部门电力生产者们的机会特征，它们中的一些已经转向非常规的燃料，以获得较低价的发电能力。
图11.2 2020年用于发电的燃料
表11. 1 美国能源需求
注：资料来自《油气杂志》（Oil and Gas Journal）。
煤炭发电
煤炭是发电的主打燃料，因为它的使用历史悠久且价格低廉。从20世纪80年代早期以来，由发电厂所支付的煤炭的使用费用呈稳定下降的趋势。送给发电部门的平均真实的炭价在1997年下降至23.27美元/t，从19９６年以来下降了3%，从1987年算起，下降了39.2%。导致价格下降的因素有多种：包括工人的生产力增加，产品量的增加，从地下到地表开矿的生产技术的波动，以及新技术的应用等（图11.3）。
图11.3 煤炭开采的统计
美国煤炭生产在1997年创下了历史纪录，达到10.09×108t。这是历史上第4个煤炭产量上亿吨的年份。同年，电力工业也创下了相应的煤炭消耗历史记录，在发电厂使用的煤炭超过9×108t，比19９６年的用量增加2.7%。这一生产增加的主要原因在于美国西部煤矿的地表采煤技术的提高，特别是位于怀俄明州的Power河盆地的低级煤炭的开采。而东部的煤炭生产依然保持稳定。在过去的30年中，一直稳定在5×108～6×108t的水平，西部的煤炭生产从1970年的不到5×107t一举增加到1997年的5亿多吨。Power河盆地的煤炭生产成为这一增长的主力，市场上越来越多的公共事业部门或多或少地认识到了在各种锅炉系统中煤炭为燃料的经济与技术的可行性。公共事业部门还从西部的低硫煤炭获利，这种煤炭的使用使它们达到1990年制定的《清洁空气法修正案》所规定的ＳO2排放标准。
煤炭的开采量在过去的20年中已经有明显的增加，从1976年的每个矿工开采1.78t/h增加到19９６年的5.69t/h。产率在地表与地下开采之间存在着极大的差别。地表开采的开采率是地下开采率的两倍之多——可达每个矿工9.26t/h，而地下开采率仅为每个矿工3.58t/h。然而，值得注意的是，地面与地下的煤炭开采都发生了相似的产量大增，在过去的20年中，各自都增加了约200%。
生产获利已经通过开采薄层煤，投入更大型的、更高产的采掘装备，以及通过地下挖掘机械的技术进步（比如竖井系统）而实现的。
在美国，以煤炭为燃料的发电厂依然是低成本的发电者。比如，Basoh电力公司的1650M W的燃煤的Laramie河发电厂1996年的总生产费用为8.49美元/（MWh），在所有发电厂中高居榜首。然而，未来的发电燃料依然充满竞争与变数，这可能取决于关于环境的排放物的限定程度，尤其是CO2的排放。如果对CO2的限制程度提高，则除非排放物的处理方式得到了发展，否则燃煤发电厂是很难保持其在发电业中的优势的。
天然气发电
天然气正在成为美国发电业中的一个重要角色。高效的燃烧涡轮机和组合循环的进步与大范围普及已经对天然气的价格、可行性和分配造成了极大的压力。
在过去的10年中，美国国产天然气大幅度增加，以满足需求，到1997年达到了18.96×1012ft3，但依然赶不上需求量的快速增长，导致了同一时期天然气的进口增加量高达200%。 1985年所消费的天然气中，进口量仅占4.2%，而到了1997年，进口量就猛增至12.8%。加拿大的天然气资源很容易就进口到美国的市场，相似的商业哲理，对所谓的商业活动都是可以理解的，但在进口问题上则略有区别。虽然，从墨西哥的进口量与最近从加拿大的进口量相比是微不足道的——前者为15×109ft3，而后者则高达2880×109ft3，墨西哥的天然气用量在增长，经济的发展、国际贸易的增长都可能导致未来美国从墨西哥天然气的进口量的增加（图11.4）。
在过去的几十年中，美国天然气产量的增加导致了生产天然气井的数量大增，而且比单井的开采率的增幅更大。1997年，开采气井的总数达到了304000口，在1970年，仅为117000口，但产量却下降了——从1970年的每口井的433.6×103ft3d下降到1997年的每口井157.4×103ft3d。先进的科技，比如定向钻井，正广泛地被用来增加一些天然气井的产量，但是，为了满足需求，还需要钻更多的井，因为一些新钻的井的产量比不上以前的老井。
图11.4 美国历史上的天然气需求量
未来，以天然气为燃料发电的增长将取决于天然气价格的合理。虽然以往的预测认为天然气的资源量不能满足长期的需求，但天然气的产量有望到2020年一直保持着增长的势头，而且每年的储量增加都能满足当年的消费。由电力部门所支付的天然气价格在过去的几十年中保持着相对稳定，为2.00～2.50美元/kft3。这些价格促使发电厂主们和开发者们去增加以天然气为燃料的发电量并实施将天然气为燃料的发电技术。
对以天然气为燃料的发电选择的鼓励是高效的组合循环式发电设备的进步，它还具备有新型发电厂的资金耗费下降、建设周期短等优点，使用了最新燃气轮机的组合循环式发电设备的效率能够达到60%，这样就减少了每千瓦时所需要的燃料，减少了发电的费用，而且，与燃煤相比，也减少了每千瓦时所产生的排放物。组合循环式发电目前的总费用为400～500美元/kW，明显地低于那些新型的燃煤发电的费用——900～1000美元/kW。
燃气的组合循环式发电厂可能在两年之内实现运行—这远比那些具备竞争能力的、可以为短期缺电而建设的供电设备的建设速度快，而且还具有获得短期获利机会的优点。
核能发电
图11.5 1996—2020年可用的核能可用的商业性核能发电装置于1990年达到到高峰，为112套。 目从虽然由于水流的变化与核能具有的较高能量等因素，两者的比例关系会有所波动，核能与水力发电厂的发电量所占的百分比相似。核能发电量目前在美国约占18%，水电约占10%，核能与水力发电都面对着一个不可确定的未来（图11.5）。1978年以来，再没有新的核能装置投产。在1953—1997年间，大约有124套核能装置订单，但在建造之前就都撤销了。那些核能装置依然在不断地减少，到1997年底，仅剩107套。有好几个核电站已经被永久性关闭了，包括位于伊利诺依州的超过l000MW的Zion发电厂和位于密执安州的已经有30年历史的巨石点（BigRockpoint）发电站，这两座核电厂都已达到了它们的使用寿命，或者似乎在环境保护方面其发电费用已经不具有竞争力。
然而，有意思的是，人们在对核能发电厂的可靠程度、发电能力以及所有发电厂的竞争力等方面的兴趣都增加了。比如弗吉尼亚发电厂的北安纳核电站在1997年的发电费用为10．26美元/（MW·h）与美国最好的化石燃料发电厂相比，是有竞争力的。
解禁活动与开放竞争的最显著的意义之一就在于对核能发电的影响。GPU核能公司于1998年将其所有的三里岛核电站的1号装置出售给AmerGen能源有限公司（PECO能源公司与英国能源公司之间的合资公司）。这是在美国被出售的第一家在运行的核电站。AmerGen公司认为，这一购买很强地说明——在电力的商业活动中，核电厂具有良好的竞争优势。许多核电厂也正在开始努力更新它们的运营范围，以求增强它们在未来20中的竞争力。而且，预计有65套核电设备在2020年前将达到退役的年限，这将会使美国的电力生产中核电的份额稳步地减少。
核电的一个最大的复杂问题是废弃物的处理。美国能源部于1998年1月通过了不再开放国家级核燃料储备库的最后期限，即使还有16年的过渡时期，而且已经为核电站运行管理工作支付了140多亿美元。1998年2月2日，50多个州的政府机构以及自治政府递交了诉讼反对能源部，以迫使其及时地开发燃料储备计划。个别公共事业部门正在跟随这股潮流并递交各自的诉讼。
水力发电
由于要重新注册许可证，水电也正在面临着一个不确定的未来。对水力发电日益增长的负面影响，以及它对水生生物的冲击、对鱼和蛙类动物的产卵路径、经济模式、土地的使用和娱乐的机会等的影响，已经使得水力发电要重新获得官方许可的机会大大少于汽车业的了。
在1997年，对水力发电的反对导致了一座正在进行水力发电的大坝电站被迫关闭，当时FERC表决通过了一项决议，要求该大坝的拥有者拆除设在缅因州的3.5MW的爱德华兹大坝。FERC所提出的原因是允许多种鱼儿逆流而上迁移的社会价值要大于建筑大坝发电的经济价值。 目前尚不清楚的是这一决定是否代表一个特例，或者是水力发电工业消亡的先兆。美国国家水利电力协会（NHA）认为FERC在爱德华兹大坝的事情已经有越权行为，所以力主FERC放弃这一未经授权的决议。NHA引用“否定结局”的条款提出，如果这一决议成立，则NHA和其他工业协会组织相信，如果这一决议不废除，则它们在对FERC未来的决议的争辩中处于不利的位置。
此外，在1987—1996年间，经营许可证的办理费用表明对审查与改革的需求。1992年9月，一份DOE的总结报告认为，水电立法系统已经花费了国家数十亿美元而且造成了国家超过1000M W发电能力的损失。一个关键性的改革行动就是建立一个简单的、具有规范水电项目权力的机构。由于近来大量的机构被卷入了经营许可证的办理，包括美国的渔业和野生动物服务组织、森林服务组织、国家海洋与大气协会、市场机构以及FERC，所以要达成一致是非常困难的。FERC已经建立了一种进行水力发电重新注册的转机制度，这种机制更具灵活性并鼓励那些希望出于经济和社会的考虑而加强环境关注的所有股票持有者们尽早加入。用任何所提出的法律条款来实施这一机制，对于缓解水电注册的争论将是十分重要的。
可再生能源发电
即使公众的关注增加了，除水电类技术之外的可再生资源的发展，以及它们在总发电量中所占的比重依然是相当少的。国家电力中仅有2.3%的发电量来自非水电类可再生能源发电，仅仅比1989年的1.8%上升了一点。可再生能源发电拓展其商业领域的主要障碍是与常规的发电形式相比，可再生能源发电的费用过高。这就导致可再生能源发电的历史短，而且所设的发电装置也少（这种将置的费用近来因大批量生产而有所下降）。
在美国境内，正在开展（或者正在开发的）的“绿色发电”项目可能会促进非水力发电的大发展。在这些项目中，公共事业部门的用户们可能为他们每月的电费支付一笔额外的开支，这笔开支主要为以可再生能源为基础的发电转变形式，或者为保证以可再生能源为基础的发电将被用于代替由化石燃料与核能的发电而支付的。在大量的选举投票中，美国的用户们表现出为绿色发电额外付款的强烈愿望。此外，在一次投票中，超过70%的代表支持增加能源税，因为这些能源的使用会污染环境，而且利用这些款项减少职工的工资税。代表们还支持对污染空气和水的设施收税，支持征收这种环境的“过失税”的人数甚至略多于支持对烟卷和烈性酒征税的人。
绿色发电项目并不仅仅由州立的公共事业部门进行开发，这些部门实质上的竞争已经展开（加利福尼亚州）或者即将展开（马萨诸塞州和宾夕法尼亚州），但在一些州中关于解禁的法令和开放竞争依然尚未开展（科罗拉多州和得克萨斯州）。美国全国范围内的公共事业部门已经认识到，绿色发电项目能够增加收入和支持可再生能源发电厂的重大投资项目，并提供一些非传统性发电方式的经验。
证书项目也为即将发出的电力贴上“绿色发电”的标签提供保证。在加利福尼亚州的一个非赢利性组织——“资源评价中心”是负责监督“绿色—e”的帖标签任务，这是一种为值得信赖的绿色能源标记和做广告而制定统一标准的义务性工业组织。“绿色—e”的首创精神就在于通过独立的第三方证据去保证至少有一半的绿色电力产品是可再生的——它对空气污染的比例要低于加利福尼亚目前所使用的能源所产生的任何污染的平均值。
另外一种促进可再生能源发电兴盛的工具是联邦的税收信用制度。目前设定为0.015美元/（kW·h），这些信用能够使可再生能源发电具备与常规发电厂一样的竞争力。也许在这些信用中的最大受益者就是风力涡轮发电项目，项目的资金花费也降到一定水平，0.015美元/（kWh）的电价信用使它们极具商业竞争力。美国风力协会提出一项5年规划，将这笔税收款投入到更多的可再生能源发电能力中，使其在美国的能源界中有立足之地。
未来发电预测
电力的需求在过去的几十年中已经变缓，已经从20世纪60年代的每年7%的极高的增长率降了下来。根据能源信息管理部门的年度能源展望报告，到2020年，预计电力需求增长率仅略高于每年1%。增长率的这种减少归因于设备的较高效率、公共事业部门对需求量的管理规划以及立法所要求的更高的效率（图11.6）。
虽然对电力的需求增长缓慢，但到2020年依然将需要新增403GW发电量，以保证需求量的增加并替换退役的设备。在1996—2020年间，目前所用中的52GW核能发电和73GW化石燃料—蒸汽发电设施将被淘汰。85%的新增发电量是以天然气或天然气与石油为燃料的组合式循环的或燃烧涡轮机技术而设计的。还有49GW的发电量，或者说12%的新增发电量是由燃煤所发出的，剩下的是由可再生能源发电所产生的。即使强调了将天然气和石油用于新的发电厂，但到了2020年煤炭将依然是主要的发电燃料，虽然燃煤的发电量到了2020年预计会下降到49%，以天然气为燃料的发电将会出现极大的增加，到2020年，将会从1997年的14%成倍地增加到33%（图11.7）。
根据EIA的预测，可再生能源发电，包括水力发电，仅仅可能有小幅度的增加，从1996年的4330×108kW·h增加到2020年的4360×108kW·h。几乎所有的增长都来自于可再生能源发电而不是水力发电，常规的水力发电中的下降会被非水力可再生能源发电34%的增长率所弥补。多种来源的固体废料（包括垃圾废气）、风和生物质能将成为可再生能源发电增长的主体。
图11.6 历史电力需求
图11.7 非传统天然气发电与电力的需求量
法国朗斯潮汐电站建成于1966年，总装机容量为240MW，单机功率为10MW，共24台水轮机，年发电5.4亿度，是当时世界上最大的海洋能发电工程。其技术创新是采用了与常规水电站不同的，具有正反向发电、泄水和抽水的灯泡式贯流水轮发电机组，不但提高了潮汐能的利用效率，同时降低了电站的造价。该电站总的基建费用为5.7亿法郎（约1亿美元），若按1973年的实际发电量计算，每度电的成本大概是水力发电的2倍。由于潮汐发电是波动和间歇的，输出功率变化大，全年平均输出的电量为额定装机能力的25%。
爱尔兰斯特兰福特湾的潮汐电站，斯特兰福特湾潮汐电站是世界上十大可再生能源工程之一，也是目前为止，海洋上最大的潮汐发电站。不过该记录将在2015年被建在韩国Wando Hoenggan Waterways的工程打破，该工程投资8.2亿美元，装机容量有300兆瓦，60英尺高(18米)的涡轮靠自身重力固定于海底。
中国江厦潮汐实验电站位于我国浙江省乐清湾北端的江厦港。该电站是1974年在原“七一”塘围垦工程的基础上建造的，集发电、围垦造田、海水养殖和发展旅游业等各种功能为一体。该电站的特点是采用类似法国朗斯电站的双向发电的灯泡贯流式水轮发电机组。该站址最大潮差8.39m，平均潮差5.1m，原设计为6台500kW机组，有6个机坑，实际安装了5台机组，第一台为500kW，在1980年5月投入运行；第二台为600kW，其余3台为700kW，最后一台于1986年投入运行。总装机为3200kW，为当时世界第三大潮汐电站。坝址以上港湾面积约8000亩，由于库区原计划围垦造田5600亩，当地农民私自占地围垦或养殖，可供发电的水面积不足2000亩。1986年五台机组年发电量约600万度，低于1070万度的原设计年发电量，发电的的经济效益不高。多年来，电厂计划加高围堰，提高库区的水位，并在第六号机坑增加一台机组，增加发电量，提高发电的经济效益。
不同类型的可再生能源
通过使用以下类型的可再生能源，我们可以帮助减少对化石燃料的依赖。这不仅将有助于保存不可再生资源，还将有助于减少污染。
1.太阳能
当我们想到可再生能源时，太阳能通常是想到的最早的自然能源之一。每天，太阳以太阳辐射的形式散发出大量的能量。最终，其中一些到达了地球，我们可以以各种不同的方式利用它。
尽管太阳能是最受欢迎的可再生能源之一，但目前在全球可再生能源容量中排名第三。根据IRENA的2019年报告，该报告研究了2018年底的可再生能源发电能力。
太阳能光伏
太阳能光伏（PV）是我们可以用来将太阳能转化为电能的技术。在这里，太阳能电池板被放置成吸收来自太阳的能量。然后，他们能够使用太阳能光伏工艺产生电流。
这样的太阳能光伏板可以发电。
我们可以在家庭或工业规模上使用太阳能。屋顶太阳能电池板是世界上许多家庭的常见景象。它们有助于发电，供家庭使用。太阳能农场是工业规模使用太阳能的一个例子。在这里，大量太阳能电池共同工作以产生大量电能。
太阳能热
太阳能热是太阳能使用的另一种类型。在这里，我们可以利用来自太阳的能量来加热流体（例如水）。该技术可以在家用太阳能热水系统中找到。太阳能集热器是可用于此目的的设备。有两种主要类型，称为“平板”和“真空管”收集器。
太阳能热真空管集热器。
太阳能热电厂也存在，可以利用太阳能热发电。通过集中太阳热能来加热特殊的流体。流体的热量然后转移到水中，然后沸腾并产生蒸汽。然后，蒸汽能够为涡轮机提供动力，涡轮机使发电机转动，从而产生电能。
2.风能
风能是另一种流行的可再生能源。几个世纪以来，我们一直以风船和风车的形式利用风。如今，我们主要利用风力在风力涡轮机的帮助下发电。
许多国家使用风力涡轮机来满足其能源需求。根据它们的位置，它们可以是一种非常有效的发电方式。风电场是风力涡轮机的集合，可以在陆地（陆上风电场）和海上（海上风电场）中找到。
风能的总容量在2018年略高于太阳能。风能占可再生能源总发电量的24％，太阳能达到20％。
这样的风力涡轮机可以发电。
3.地热能
地热是另一种可再生能源。我们脚下的地面包含大量热能。地面靠近地面，从太阳吸收热量。在地球深处，岩浆可以帮助加热岩石。我们可以以不同的方式利用这种能量。
家用地热能系统使用地源热泵来帮助加热房屋的水。这可能涉及将几百米的水管放置在离地面几英尺的地方。当水流过管道时，它吸收了地面的热量，并且另一端的热量要比开始时的温度略高。然后可以重复该过程以增强效果。
地热热泵使用类似的管道来加热水。
地热发电厂是工业用途的一个例子。这些装置中的一些可以挖掘到地下深处的过热岩石中。可以将水泵入井中，然后再产生蒸汽，然后将其抽出以驱动涡轮机。这类发电厂仅在岩浆最接近地壳的区域有效，例如火环。由于这一地理限制，地热发电不如太阳能，风能和水力发电受到欢迎。
4.水能
水能包括利用流动的水来发电。数百年来，我们一直以水车的形式使用该技术。如今，我们主要将其用于发电。
水源可能来自不同的地方。一些最常见的水力发电技术类型包括：
水力发电大坝–这些利用水坝围墙捕获大量的水。然后可以通过水坝的结构释放水，在此过程中旋转涡轮机。
潮汐能–利用水下涡轮机来利用潮汐能。随着潮汐的进出，涡轮机旋转，然后借助发电机发电。
波浪动力–比上面的动力少，但具有利用波浪动能的潜力。在这里，大的管状容器被放置在靠近海岸的地方。当它们在波浪中摇摆时，它们能够将波浪能转化为电能。
在考虑可再生能源时，我们经常忽略水力发电。但是，根据IRENA的2019年报告，到2018年底，水能占可再生能源发电能力的50％。这不仅仅是太阳能和风能的总和！
截至2018年底，水力发电容量最高的三个国家是中国，巴西和美国。中国的装机容量为352,261兆瓦，领先于巴西的104,195兆瓦和美国的103,109兆瓦。
这样的水力发电大坝可以产生大量的电力。
5.生物质能
生物质是另一种可再生资源。它使用有机物来满足各种不同的能源需求。有机物可以包括以下任何一种：
木材–就发电而言，主要来自柳树和杨树。其他来源包括木屑，锯末，原木和树皮。
作物-包括小麦，玉米，甘蔗和土豆等淀粉类作物。它还可以包括油菜作物，例如油菜籽，油菜籽，大豆和向日葵。
动物与人类废物–包括肥料，污水，泥浆和动物垫料。
园林垃圾–尚未完全分解的鲜草屑。
就生物能源而言，我们可以以不同的方式利用以上内容。
生物质能
在这里，木材被燃烧以加热水。然后产生蒸汽，该蒸汽可以驱动涡轮以发电。这与使用煤，石油或天然气的传统发电厂的过程类似。
生物燃料
我们可以使用传统的粮食作物来生产生物燃料，例如生物乙醇和生物柴油。然后可以将它们用于兼容的发动机中，以替代汽油和柴油。
沼气
这使用了称为“厌氧消化”的过程，该过程涉及在密闭腔室内加热动物或人类废物。随着加热，它分解得更快并产生甲烷。然后，我们可以捕获它并存储以备后用。它可以在炉子上燃烧以做饭或取暖，有时用于运输。
像这样的厌氧消化池可以产生沼气。
生物能源问题
关于生物质是否可再生存在一些争论。但是，通常认为它是可再生能源。这是因为只要地球上有生命支持，它所使用的有机物就会一直存在。
当然，生物质确实会带来一些环境影响，应予以考虑。尽管农作物在生长过程中会吸收二氧化碳，但燃烧时会释放到大气中。这可能对空气质量和我们的健康有害。
回顾
随着全球能源需求逐年增加，寻找可持续的能源生产方式现在比以往任何时候都更加重要。利用太阳能，风能，地热能，水能和生物质能可以帮助实现这一目标。
可再生能源与不可再生能源相比具有关键优势，因为它们永远不会耗尽。它们通常对环境也更好。您可以在此处更深入地了解可再生能源的优缺点。
1、南丫风采发电站
位于大岭，由香港电灯兴建的全港第一台具商业规模的风力发电站。
2、南丫岛的南丫发电厂
该厂目前总装机容量为2 955MW,包括7台燃煤机组共2 150 MW( 3× 250 MW和4× 350 MW ) , 7台燃气轮机组共805MW ( 1× 55 MW和6× 125 MW)。其第8台燃煤机组( 350 MW)正在建设中,按计划1997年底可投入运行。
3、青山发电厂
青山发电厂在80年代建成，以配合香港日益增加的用电需求，同时为中电提供了从燃油发电过度至燃煤发电的重要途径。
4、鹤园发电厂
1940 鹤园发电厂正式投产，位于亚皆老街的总办事处落成启用。
5、青衣电厂
香港电力主要由两个电力公司供给，一个是香港电灯有限公司(简称港灯)，负责香港岛及其周围一些岛屿供电，装机容量1.56万kW，其中亚利洲电厂106万kW，南丫岛电厂50万kw
另一个是中华电灯电力有限公司(简称中电)，负责九龙、新界等地区供电，装机容量为458.3万kW，其中青衣电厂152万kw,鹤园电厂76.3万kW,青山电厂230万kW。
参考资料来源：百度百科-香港中电集团
参考资料来源：百度百科-中华电力有限公司
参考资料来源：百度百科-香港电力工业
参考资料来源：百度百科-南丫岛
