美国能源部的下属实验室

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。

未来能源十步走 人类将摆脱对石油的依赖

据7月号《大众科学》(注：中文版《科技新时代》)报道，石油价格一路上扬，“石油危机”成为目前最流行的词汇，很多人甚至产生了石油还够用多久的疑问？石油总有一天会耗尽，这毫无争议，但这并不意味着世界末日来临。以石油消耗大户美国为例，美国科学界从石油危机中看到的不是绝望，而是能源的复兴，他们认为，美国到了严肃地考虑从石油转换到清洁、可再生的能源的时候了，而美国已经具备了相关的技术，只要再进一步开发，美国将彻底摆脱对进口石油的依赖。

一 利用风能

地球上的化石能源(石油)终究是有限的，为了人类的持续性发展，必须找到其他可替代能源，而风能就是一个很好的选择。在美国科罗拉多州的博尔德南部的高原上的平旷地带，矗立着四排实验性涡轮机，这些机器在冰雪覆盖的洛矶山脉的映衬下更显得巍为壮观，150英尺的叶片在微风的吹拂下缓慢地旋转着。美国能源部可再生能源实验室的主工程师萨迪·布特菲尔德说：“如果你要选择一个商业涡轮机发电农场，你决不会看中这个地方。但这里却是一个完美的风能实验场地。因为在这里我们可以获得风速为每小时100英里的风能条件。我们通过在这种条件下的实验能很快地知道哪种设计应该淘汰。”1991年，一份政府有关风能的概论作出了如下结论：堪萨斯州、北达科他州和德克萨斯三州有着丰富的风力能源，仅这三个州的风能就可足够满足整个美国的能源需求。今天看来，这项报告不免有些估计过低了。在过去的20年中，风能的价格已经下降了85%，这在很大程度上归功于不断提升的涡轮机效率。政府还制定很多条令来鼓励民众购买利用风力所产生的电能，可以想见在不久的未来使用风力电能必成大势所趋。

二 取消电网

现有的输电系统是从能源中心通过电线向用户送电。这样做有很大一个缺点，那就是输电过程中会损失很多电能。所以更好的供电系统是“分布式发电”。可以在住处和工作地点附近利用风能和太阳能发电，做到自给自足。例如，可以利用地热系统给建筑物供暖和降温，利用屋顶上的太阳能电池提供电力，多余的电能还可以输送到当地的供电系统中，以零售价卖掉，这样还能获取一部分收益。这些措施简便易行，远好于建设发电厂和进口国外的能源。有人估计，一个这样的小型发电厂所需要的太阳能发电设备的造价可在四年内回收回来。既然有这么多的优点，何乐而不为呢？

三 混合燃料汽车

美国陆军宣布将开发一种使用新型混合燃料的“悍马”(Humvee)战车，它预示着混合燃料汽车的时代已经来临。混合燃料汽车通过内燃和电驱动，提高能源利用效率。今天混合型汽车已不再仅仅是陈列室中供人参观的样品，它已完全步入了实用阶段。这将大大削减汽油的使用量，汽车排放的尾气也将随之大幅减少。被称为插入式混合型电动车可以夜间在自家的车库中充电，夜间电费低廉，这样就节省了一项不小的开支。加州大学伯克利可再生能源实验室主任丹尼尔·卡门说：“如果在一夜间，美国的汽车全部被这种混合型汽车所取代，石油的消耗量将会下降70-90%，美国进口石油的时代将彻底结束，在未来多年中，美国的石油将完全可以自给自足。”

四 制造质量更好的乙醇

今年，美国汽车制造商将生产100万辆灵活燃料车，乙醇加油站的数量将增加三分之一，达到大约1000家。现在美国所生产的绝大多数乙醇是由玉米粒发酵而来，这个过程要消耗相当数量的化石燃料。丹尼尔·卡门将这种由基于玉米的乙醇看做是一种过渡型燃料，他说：“要想使用乙醇替代石油，防止全球进一步变暖，我们需要进行一次从玉米乙醇到纤维乙醇的大规模革新运动，纤维乙醇的原料可以有多种选择，柳枝稷、木片以及像玉米芯和玉米杆这样的农业废料都可以用做生产纤维乙醇的原料。现在用于制造乙醇的酶的造价很高，不过这个问题并不难解决。”白蚁后肠中的微生物可以将植物纤维素转化成碳水化合物，美国能源部联合基因组研究所主任艾迪·卢宾说：“我们正在测定那些微生物DNA序列，将来可以通过生物工程制造出新的机体来分泌这些酶。”这样我们就可以利用虫子的体液来驱动我们的汽车前进，摆脱了对化石能源的过度依赖。

五 利用太阳能

明年初，在洛杉矶东北部的一个沙漠农场中将会出现数十个巨大的凹镜。每个凹镜的直径为37英尺，这些凹镜通过电子控制可以自动跟踪太阳，将阳光反射到一个热量收集器上，热量收集器利用这些浓缩的阳光将氢加热到1，300华氏度，通过斯特林发动机驱动发电机发电。当世界上最大的太阳能农场完工后，在摩加伏沙漠4，500英亩的范围内将会布满大约2万个这样的凹镜收集太阳能，利用这些能量产生的电能将可以向287，000个家庭供电。每小时到达地球上的这些太阳能可以满足全世界一整年的电力需求。我们很久以来就已经知道如何利用太阳能来为加热空间和水，但将阳光转化为电能却存在很大困难。

斯特林太阳能凹镜可以将30%的太阳能转化为电能，这是世界上将太阳能转化为电能效率最高的一种技术。科学家希望通过技术改进可以使这个转化率提高至50%。其他的能量企业家还有更为远大的设想。美国航空航天局的科学家一直以来梦想有一天能在太空中利用太阳能发电，然后通过微波将能量将能量输送到各个家庭。随着科学的不断进步，终有一天这个设想一定可以变为现实。

六 制造氢能源

氢能源的潜力巨大，但将其他物质转化为氢并不件容易的事。自然界中不存在纯氢燃料，今天最制造氢最便宜的方式是通过石油或天然气获得，但这并不能避免产生二氧化碳。氢燃料电池的效率是内燃机的二倍多。在冰岛，丰富的可再生能源使氢经济的产生成为可能。在美国，未来的某天可以利用多余的风能来生产氢燃料。研究人员还可以利用基因工程来制造出有生物来直接将太阳转化为氢。

七 利用海浪能发电

美国的海岸线的海洋蕴含着巨大的能量，其中大约有八分之一可以开发利用，同时还不会污染环境。这些可利用能源总量相当于我们现在所有的水力发电厂发电的能量总和。在可利用能源这个竞技场中，欧洲一直走在世界的前列。今年夏天，在葡萄牙，工作人员正在安装一种海岸波浪能转化器。这种蛇状的钢管一半浸于水中，一般露出水面，一直向远海方向延伸了3英里。至2008年这种装置将可以为大约15，000个家庭供电。波浪能的优点是它的能量密度是风能的10至40倍。目前潮汐涡轮机技术发展迅猛，这无疑为波浪能的利用铺平了道路。今年夏天，在纽约东河的水下的六个涡轮机在河流潮汐流的驱动下将开始投入发电。缓慢旋转的推进器第一年将会产生525，000千瓦时的能量。为期18个月的试验表明，布设足够多的涡轮机将可以为8，000户家庭供电。虽然它现在的发电能力有限，但它毕竟代表着未来的能源的一种发展方向，这是件激动人心的事情。这将是世界首个产能潮汐涡轮机农场，这种样机将可以为我们提供稳定的无污染能源。维吉尼亚的海洋学家乔治·哈格曼说：“我们可以称它为月亮能，风时有时无，但从现在开始至未来的1000年，月亮和潮汐会始终存在。”

八 向地下要能源

美国地热能协会执行理事卡尔·格威尔说：“在德克萨斯州西部废弃的油井中冒上来的热水中含有5，000兆瓦的地热能。现在因为没有加以利用，这些能量正在被白白浪费掉，现在我们对这种能量使用的能力远超过了我们对这种技术的实际使用。”地热能可以被用来发电或给建筑物供热。夏威夷、阿拉斯加以及西部各州都分布有丰富的地热能。

可以利用温度为160华氏度水温的地热水库发电。一些公司正在开发德克萨斯州、阿肯色州、佐治亚州和西维吉尼亚州的低温热泉，一旦开发成功，将可以使美国地热发电能力在未来4至5年的时间翻一番。

九 开发垃圾燃气

自旧石器时代，我们就一直在燃烧生物物质，当时人们利用燃烧木头来给山洞供暖，烧烤大型动物的肉。今天绝大多数的生物质能量仍来源于木材，但现在我们要做的是怎样利用这些农业废料和草本植物来发电。这些物质与化石燃料一样，燃烧时会产生二氧化碳。但生物质燃烧时释放的二氧化碳何以通过其生长时吸收二氧化碳获得平衡。在所有的新技术中，气化或许是最具潜力的一种。气化系统在低氧环境中通过极度高热将农业废料或任何一种生物质转化为氢和二氧化碳的混合气体，这种气体可以在锅炉中燃烧，或可以替代涡轮机中的天然气，这些气体可以被用来驱动蒸汽涡轮机进行二次性发电，整个过程中产生的多余热量还可以用来给建筑物和整个城镇供热。

十 节能从我做起

回想上世纪70年代，所谓的节能就是关灯。《家庭能源饮食》一书的作者保罗·舒基尔表示，今天，随着科技的发展，我们节约能源可以充分利用技术优势。现在，美国平均每1美元的经济产出所消耗的能源比30年前减少了47%。令人遗憾的是，由于输送电力的效率有待提高，所以，大量能源在抵达每一个家庭和办公室之前就被浪费了。对此，消费者无能为力，但他们可以从我做起，在自己的家中或办公室里有意识地节约能源。最清洁最廉价的能源就是不用能源。(新浪 杨孝文 任秋凌）

在全球变暖趋势不断加剧，传统化石能源供应日趋紧张的形势下，各国政府在制定能源发展战略时纷纷提出要进一步开发和加大可再生能源的利用比例。但美国科学家的最新研究分析表明，可再生能源也许并不如想象的那样环保，发展可再生能源需要耗费大量的土地资源，最终的代价可能是环境遭到破坏。可再生能源是否是把“双刃剑”再次成为科学家们争论的焦点。 反对者：占地过多侵蚀自然 纽约洛克菲勒大学的杰西·奥索贝尔带领的研究小组在最新出版的《核能管理、经济和生态》杂志上发表论文称，他们对每一种可再生能源所占用的土地资源以及相对应的电力产出进行了考察分析。根据测算，生物质能和风能每生产1瓦或者2瓦电需要占用1平方米土地，要想改变全球能源供应格局，就需要兴建足够多的风电场以及拦河大坝，种植足够多的生物燃料作物，这势必会给自然带来巨大的侵蚀。 以美国为例，如果要满足2005年全美国的电力需求，必须在相当于得克萨斯州面积（约26.7万平方公里）大小的地方安装风力发电设施，并保持昼夜不停运转，才能保证供应。而纽约市所有的电力设备要想正常工作，也需要一个面积相当于康涅狄格州（约1.3万平方公里）的巨大风力发电场。 赞成者：所需土地其实有限 有些科学家则不认同奥索贝尔的分析结论，认为他采用能源密度（即每单位土地上的能源产出）作为唯一的衡量标准有失偏颇，不能够全面估算可再生能源对环境产生的影响。 美国国家可再生能源实验室主任研究员约翰·特纳表示，利用能源密度作为评估标准，不足以涵盖各种不同可再生能源的发展潜力。他说，如果用转换效率为10%的太阳能电池来为整个美国提供电力保障，那么只需要在亚利桑那州或者内华达州这种阳光充沛的地方安装1万平方英里（约合2.6万平方公里）的太阳能板就足够了，而整个美国大陆面积有370万平方英里，占用的土地面积不过是九牛一毛。而且，这仅仅只是采用了其中一种可再生能源技术。 是否环保：思路不同结论迥异 根据奥索贝尔的分析报告，如果美国以生物质能作为主要能源，那么爱荷华州965平方英里（约合2500平方公里）的可耕地都将被占用。如果利用太阳能，仅太阳能面板覆盖的土地面积就达到58平方英里（约合150平方公里），此外还要考虑兴建配套的储存工厂所占用的土地。因此他认为，太阳能和生物质能等可再生能源是“不环保的”。 对此，特纳表示，完全不必要在新的土地上建太阳能工厂，只需在现有建筑或房屋的屋顶上支起太阳能板，就能够满足全美国年电力需求的25%%。至于占地面积很大的风力发电场，实际上有95%%的地面是闲置的，可以合理利用土地，用来耕种农作物。 未来趋势：核能也是绿色能源？ 奥索贝尔认为，核能具有排放污染小的优势，是未来能源发展与利用的方向。他解释说，强调环保理念的能源政策有三大支柱，一是增进能源效率，二是利用碳捕获和封存技术，逐渐加大对天然气的依赖，第三就是发展核能。 特纳也赞同核能的发展潜力，但他提醒，核废料的处理不容忽视，应该在确保安全的前提下逐步推广。

导读：美国国家可再生能源实验室的科学家们通过将砷化镓薄膜堆叠在带有玻璃夹层的互插式背接触硅太阳能电池上，模拟出一种III-V太阳能电池。科学家们已经完成了一些初步的微型模块集成工作，但要达到商业化，终究还需要大幅扩大尺寸。该电池目前的有效面积为1平方厘米。

美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的一组研究人员通过将砷化镓（GaAs）薄膜堆叠在带有玻璃夹层的背隙接触（IBC）硅太阳能电池上，模拟了一种四端串联的III-V太阳能电池。

该项目的主要研究人员Adele Tamboli表示：“虽然我们已经做了一些初步的微型模块集成工作，但要实现商业化，最终还需要大幅扩大尺寸，这些电池在解决了几个挑战之后可以达到商业化。组件电池都已经在工业规模上进行了演示。然而，成本仍然很高，需要降低。”

科学家们解释道：“该装置的有效面积为1平方厘米，据称与在同一研究水平上建造的类似电池相比，效率更高，因为砷化镓吸收层的厚度得到了优化。如果吸收层太薄，通过顶部电池的传输将增加，而高能量的光子将在较低的电压下被底部电池收集。如果吸收层太厚，接近吸收层材料的少数载流子扩散长度，产生的载流子将过早地重新结合，光子能量会以热量的形式损失掉。”

砷化镓电池是通过金属有机气相外延（MOVPE）在砷化镓衬底上生长的。吸收层的厚度在1.5到3.5微米之间，2.4微米最佳。厚度为300微米的IBC电池由德国的哈梅林太阳能研究所（ISFH）提供。学者们表示：“通过将处理过的砷化镓电池堆叠在非晶硅底层电池上，中间有一薄层用于反转的环氧树脂，来组装串联的电池，然后将得到的电池在室温下固化24小时。”

研究人员发现，当砷化镓厚度超过1.5微米时，所有用这种设计开发的四端串联电池的效率都超过了32%。一个吸收层厚度为2.8微米的电池显示出最高的顶部电池和串联效率，分别为26.38%和32.57%。研究小组强调：“虽然这里的砷化镓顶部电池的填充系数（FF）略有下降，但IBC底部电池表现出的效率比之前使用的硅异质结底部电池略高。”