成本下降給再生能源帶來光明前景

2007-02-27 00:41 作者:王篤若 從數字上看，替代能源未來應該大有可為。 多年來，替代能源遭受詬病的一大問題就是成本：與基於傳統燃料如煤和天然氣的能源相比，這類能源成本太高了。

雖然原料大多是免費的──比如風力和太陽光──但可再生能源的生產商不得不投入大量資金以找到吸收它們並將其轉化為電能的最佳途徑。而另一方面，礦物燃料生產商在基礎設施和生產工藝上的投資則能給他們帶來數十億美元的收益。

有跡象顯示，現在，這個等式將發生傾斜。在新技術和新激發出的開發熱情的驅動下，某些可再生能源的成本正在下降。

雖然可再生能源在價格方面仍然無法與礦物燃料抗衡，但兩者的差距正逐漸縮小，尤其是在石油和天然氣價格持續上漲以來這種情況尤其明顯。如果考慮到礦物燃料的環境成本，這道算術題對可再生能源就顯得更有利了──大多數隻關注經濟效益的計算並未考慮這一點。

要想成為主流，可再生能源仍然面臨重重阻礙。許多項目需要政府或公共事業部門提供補貼和優惠才能維持。近來，受原料價格和人力成本上升及需求增加的影響，某些類型的可再生資源的發電成本有所增加。供應鏈容易中斷，而風力和太陽能資源需要備用的能量來源，以防範無風或陰天的情況。

雖然可再生能源發電大有前途，但除了水電以外，目前只有極少部分的電力來自可再生能源。據美國能源部能源情報署(Energy Information Administration)的報告，2005年可再生資源的發電量佔美國供電總量的2.3%。其中生物能源發電佔1.5%，風力佔0.44%，地熱佔 0.36%，太陽能僅佔0.01%。

相反，燃煤發電佔2005年美國供電總量的49.7%，緊隨其後的是核能(19.3%)，天然氣(19.1%)，水力(6.5%)和燃油(3%)。

但可再生能源未來所佔的比例會進一步擴大。由於人們對全球變暖和能源安全的關注，以及礦物燃料發電的成本越來越高，監管機構正在向電力部門施加壓力，要求他們拓寬資源構成，納入更環保的能源。

與此同時，聯邦政府要求石油公司將更多以植物為原料的生物燃料如乙醇等與汽油混合使用。設備製造商們正在擴充他們的生產線，這將會緩和近來一些原料短缺的情況──如用在太陽能電池板上的多晶硅──並減輕價格方面的壓力。

以下我們試圖分析各類可再生能源的經濟效益──它們現在的成本幾何，哪些變化能令它們更具競爭力。

風力

風力是可再生能源中的一個令人矚目的成功案例。過去十年來，隨著風電場在世界各地迅速出現，風力發電的成本已經大大降低。

據國際能源署(International Energy Agency)的報告，1980年，風力發電的成本為每度電80美分；到了1991年，其成本僅為10美分。

現在，最好的近岸風力電場的生產成本已經下跌至每度電3至4美分，但更多的是在6至9美分（未計補貼），已接近燃煤發電的成本。事實上，風力發電成本正在接近一個關鍵點，如果天然氣價格居高不下的話，電場無需補貼也能盈利。目前美國的補貼標準是每度電1.9美分。

能源情報署的結論是，如果考慮到其他方面的開支，使用風力的新型發電廠和使用其他傳統燃料如核能、煤和天然氣的發電廠在成本方面並無太大差異。情報署在 2006年的一份報告中說，到2015年，風力發電廠的發電成本將能降至每度電5.58美分，與之相對的是天然氣5.25美分，煤炭5.31美分，核能 5.93美分。報告沒有提供數字說明他們對環境的不同影響。

許多因素降低了風力發電的成本。風輪機所用的材料有所改進，現在的渦輪更大、更高效：轉子直徑為125米，而20世紀70年代為10米。風電場的融資成本也降低了，因為金融市場對投資風險不像以前那麼擔心了。

政府也在大力推動風電的發展。德國是最大的風電生產國，政府自八十年代末以來一直為風電場的建造者提供補貼，並要求公共事業企業高價購買以可再生能源生產的電。額外的成本被轉嫁給消費者。

過去兩年，美國對可再生能源公司實行稅收減免的聯邦《生產稅抵減法案》延期後，激發這類企業獲得空前發展，各州也紛紛制定了可再生能源採購目標。據美國風能協會(American Wind Energy Association)報告，2006年，全國的風力發電量增加27%，達到11,603兆瓦，只有燃氣發電量的增加超過風電。風能協會預計，本年度風力發電量還將增長26%。截止2005年底，全世界風電總裝機容量約59,000兆瓦，足以滿足約2千萬戶用電的需求。這些電量三分之二來自歐洲；德國、西班牙、美國、印度和丹麥在風電大國中排在前五位。

風電也面臨障礙。選址、風速和資金成本等因素極大影響著風力發電成本。只有風力條件最好的地方才能保證每度電的成本在3至4美分。在一些風力不足的地方，成本仍高達20美分。與此同時，美國過去幾年渦輪的短缺和美元走軟也增加了建設成本。

至少，渦輪短缺的情況很快就會得到緩和。總部位於蘇黎世的ABB是一家規模很大的設備商，該公司說他們已經在其位於弗吉尼亞和密蘇里的工廠增加了風力發電所用變壓器的生產。一月份，位於麻塞諸塞州威斯伯羅的American Superconductor完成了對Windtec的收購，後者是一家風輪設計公司，最近與韓國和中國的一些製造商簽訂了風輪生產協議。

「隨著更多公司投入風輪製造行業，我們認為價格將會降低。」American Superconductor發言人傑森•弗雷德特說。

太陽能

多年來，太陽能發電起起落落，投資者下了很大的賭注，但只能眼睜睜地看著這項技術達不到期望。太陽能發電容量目前為5400兆瓦，只佔全世界發電總量的不足1%，這些電量可滿足200-300萬家庭的日間用電需求。（太陽能無法在夜間發電，這意味著需要備用能源。）

太陽能發電規模相對較小的一個原因是，傳統的太陽能電池板不能十分有效地將日照轉化為電力，因此，大多數太陽能電力的生產和消費都是在同一個地點進行，很多時候，只靠太陽能還不足以滿足一個家庭的需要。新澤西州公用事業委員會(New Jersey Board of Public Utilities)最近的一項研究發現，安裝一個容量10千瓦的太陽能發電系統需要大約77,500美元。如果沒有補貼，該系統需要50年才能收回成本。而有補貼的話，時間可縮短至9.6年。

據國際能源署的報告，以太陽能電池板發電的成本為每度電35至45美分。美國太陽能工業協會(U.S. Solar Energy Industry Association)說，美國的成本通常要低一些，大約26至35美分，因為這裡日照較強。

不過現在，新一代的太陽能發電廠已經能夠以很有競爭力的價格大規模地生產電力。新的發電廠使用一種名為聚焦式太陽能或CSP的技術，該技術比傳統的光電池板更有效，它使用半導體晶元將日照轉化為電力。CSP發電廠使用大量的反射器或太陽能接收器來跟蹤太陽的移動軌跡收集熱能。這些發電廠可以生產成百上千兆瓦的電力，接近礦物燃料發電廠的發電量。

主要障礙仍然是降低發電成本，使其接近傳統發電廠的成本。採用CSP技術發一度電的成本為9至12美分（不計任何補貼），而燃煤發電的成本是3至5美分。

在能源部下屬的桑迪亞國家實驗室任CSP項目經理的湯姆•曼奇尼說，雖然CSP發電廠的原材料──陽光──是免費的，但三個方面的因素令CSP發電廠的費用比傳統的燃煤發電廠更高。由於該項技術是新的，其設備本身就十分昂貴，而且要花更多的錢去運行和維護。而由於感知風險的存在，為這樣的專案籌資也需要高昂代價。CSP是一項新興技術：CSP技術產生的太陽能只佔太陽能發電總量的6%，最大的份額仍然來自傳統的太陽能電池板，而太陽能電池板通常都是由房主花錢補貼。

目前，CSP仍然需要政府資助才能維持，無論資助形式是對發電廠商實行減稅還是向購電者提供補貼。這一行業在2006年取得一大進展，獲得美國政府批准享受稅收抵免優惠，抵免額為太陽能項目成本的30%。另一個正在進展中的是由政府發起的可再生能源使用額度制度，這一制度也為可再生能源的開發者們提供了一條很有價值的收入渠道。希望達到減少溫室氣體排放目標的企業和公用事業公司可以購買和出售這些額度。

但新技術激發了該行業的快速發展。歐洲的主要電力公司如西班牙的Abengoa SA和義大利的Enel SpA都投入巨資修建新的發電廠，這些發電廠將在未來幾年內投入運行。在加利福尼亞州，愛迪生國際(Edison International)和Sempra Energy等公用事業公司已經簽訂合同，向列入計畫的項目購買大量太陽能電力。在內華達州，Solargenix Energy LLC計畫年內將一個64兆瓦的太陽能發電廠交付使用。

能源專家認為，隨著更多的CSP發電廠開始運行，這一技術將會得到改進，成本將會降低。但由於現在的成本很高，如果政府沒有重大激勵手段，很少有公司願意冒險建設電廠。「這是一個類似雞生蛋、蛋生雞的問題，」曼奇尼先生說。

生物能源

雖然生物能源尚未吸引公眾的太多關注，但它如今卻是美國最大的可再生電力來源──比風力、太陽能和地熱能源的發電量總和還要多。

生物能源是指將植物轉化為交通燃油（生物燃料）或電力（生物電源），通常是通過焚化垃圾或以化學方法產生可燃氣體。還可通過收集和焚燒垃圾填埋氣產生電力。

這是一個越來越引人注意的領域，因為由腐爛的有機物生成的甲烷是一種比二氧化碳危害更大的溫室氣體──因此人們迫切地希望將它加以利用，並讓它不進入大氣。許多城市還在焚燒固體垃圾，以減少運往填埋場的廢棄物的體積，這些城市也希望能將垃圾轉化成有用的東西。

border=0美國最大的生物發電廠並不是公用事業公司，而是有大型鋸木廠和紙漿業務的林產品公司，如國際紙業(International Paper Co.)、惠好公司(Weyerhaeuser Co.)和Koch Industries旗下的Georgia-Pacific Corp. 。以惠好為例，其對余熱進行重複利用以產生電力，並燃燒粉狀燃料或廢木料以及黑液來發電──黑液是紙漿廠的一種副產品。該公司向當地公用事業公司出售自己生產的電力，可滿足140,000戶家庭一年的需要。

由於生物發電廠通常規模較小，發電容量一般不到50兆瓦，即傳統礦物燃料發電廠規模的十分之一，因此，相對於所發的電量，其設備成本很高。這反過來增加了發電成本，目前的水平是每度電5-10美分（不含補貼）。

能源成本還與燃料的成本和其中所含的熱量有關。許多人都知道，橡木比松木含的熱量更多。生物發電也有同樣的情況，有些燃料會產生更多熱能，從而產生更多電力。還可以將植物與礦物燃料如煤混合，並在大型發電廠將它們一起燃燒以獲得更高能效，從而實現更高產量。

隨著技術的進步以及更多垃圾被用於發電，預計成本將會降低。許多專家認為，有更多行業希望能找到廢棄物發電的方法，將有更多發電原料從填埋場轉移出來，生物能源未來將會得到極大的發展。

有政府和行業背景的加州生物能源合作組織(California Biomass Collaborative)近期的一份報告稱，加州每年有8,000萬噸植物原料可以用於製造生物能源，其中大約3,000萬噸可投入實際利用。

近半數的州採用了可再生能源配額制，要求公用事業公司使用來自可再生資源的電力，這一點對生物能源產生了積極推動。以加州為例，該州的能源公司已制定目標，到2010年，要讓生物發電量佔到全州總用電量的4%。

地熱

相較於其他可再生能源，利用地底深處的熱能發電的地熱能源可能具有更大潛力，且對社會的影響較小。麻省理工學院(MIT)的一個跨學科小組最近進行的一項有關地熱能源的研究發現，到2050年，地熱能源可以提供全國總用電量的10%，且相對於礦物燃料而言，其價格頗具競爭力。

地熱可通過多種方法轉化為電力。通常，生產商可用工具鑽探至地下深處，將被自然加熱的蒸汽和水抽取出來，推動渦輪和發電機產生電力。冷卻後的液體會重新回到地下，保持這一過程循環運轉。

目前，地熱能源的成本為每度電6至10美分（不含補貼）。主要費用是建造鑽井和在井上修建發電廠。另外，需要專門技術對施工現場進行管理，確保適量的液體回到地熱循環以獲取熱量。

產生的電量取決於許多因素，包括地熱場的大小，水壓和溫度，以及地熱場加熱和釋放水的速度。

地熱能源尤為寶貴的是它可以晝夜不停地製造電力，不像太陽能和風力發電那樣需要備用的發電能源。另外，與風力和太陽能裝置不一樣的是，地熱發電廠佔地很小，甚至比許多礦物燃料發電廠還小。設備的改進使得較低溫度的地熱資源也可發電，而新的鑽井技術讓人們能夠探入更深的地下。

如今，全球地熱裝機容量為8000兆瓦，其中3000兆瓦在堪稱地熱發電大國的美國。地熱發電大多在容易獲得熱能、且有水和多孔岩石的地方進行開發。最大的已開發地熱場在美國，位於舊金山市北部72英里的間歇泉地區。這裡的21個發電廠有19個屬Calpine Corp.所有，它的總容量為725兆瓦，相當於一個半傳統發電站。

麻省理工學院的研究發現，如果各大公司──尤其是石油公司──運用它們在鑽探、地質學和水文學方面的知識來解決這個問題，地熱可以帶給人們更多的電力。研究和開發一處地熱電廠需要投入8至10億美元，相當於一間燃煤發電廠的研發費用。

開始階段，每發一度電大約需要10美分，但隨著工藝的改進，今後的成本會降至每度電5美分，這一點可能10年之內就能實現。這樣的話，地熱企業將可與現代的燃氣發電廠競爭。不過，主張開發地熱發電的人士說，地熱能源的發展需要政策扶持，包括貸款擔保、資源耗減補助、稅收減免和加速折舊，這些優惠政策石油、天然氣和礦物開採公司都在享受。

儘管如此，地熱能源仍面臨風險：如果管理不慎，熱能可能會耗盡。以間舊金山附近的歇泉地區為例，運營商們不得讓至少六臺發電設備閑置在那裡，雖然那裡的地熱場大部分是七、八十年代才開發的。

生物燃料

在布希總統一年前警告說美國「過於依賴石油」以後，人們對可再生交通用燃料（主要是乙醇）興趣大增。人們討論了從生物柴油到氫等多種可能使用的燃料。大多數議題都圍繞著用玉米製造的乙醇，它是美國最重要的可再生交通燃料。

許多討論是關於單獨用乙醇作燃料提供交通動力的可能性。但目前的現實是，美國所消耗的乙醇大多是與汽油混合使用的。

這種方法大多用於有嚴重空氣污染問題的地區，因為在汽油中加入乙醇可以減少汽車的煙霧排放量。

乙醇的生產成本很大程度上取決於玉米原料，同時還取決於生產過程所用能源（主要是天然氣）的成本。美國農業部首席經濟學家基斯•柯林斯估計，現在生產一加侖乙醇的成本約為1.60美元。

乙醇生產商在批發市場上出售他們的產品，有時賣給煉油廠，有時賣給中間商，中間商再賣給煉油廠。乙醇價格一般會隨汽油價格的漲落而起伏，而汽油價格又會隨國際油價而波動。每加侖乙醇的售價通常比汽油高51美分，因為聯邦政府會給生產混合燃料的廠家每加侖51美分的減稅以資鼓勵。

去年，乙醇行業上演了一場瘋狂行情。由於汽油價格上漲和乙醇需求量增加，夏季時乙醇價格飆升。一些汽油生產商此前一直使用另一種減少排放的添加劑──甲基叔丁基醚(MTBE)，此時它們也開始轉用乙醇，因為考慮到MTBE會污染地下水。

乙醇價格較汽油高出的部分超過了1美元。乙醇生產商利潤激增。不過，年底時乙醇熱開始降溫。乙醇企業盈利激增加上聯邦政府要求增加替代燃料的生產促使大量投資湧向乙醇行業。

與此同時，汽油價格開始從2006年中期的最高水準下跌，乙醇價格也隨之下跌，但生產成本卻在增加，這很大程度上是由於一哄而上抬高了玉米原料的價格。

乙醇價格的未來走向而有很大爭議。布希總統上個月在發表國情咨文時為美國設立了一個艱鉅的目標──到2017年，每年要消耗約350億加侖乙醇和其他替代性燃料。（美國目前每年約消耗52億加侖乙醇。）

要實現布希提出的目標並非易事。為此可能需要大大提高混入汽油的乙醇含量。但麻煩的是，科學家說這麼做有可能帶來空氣污染方面的問題。研究表明，在汽油中加入少量乙醇有助於減少某些排放物，如一氧化碳，但卻容易增加其他某些排放物。

實現政府目標的另一個辦法是增加單獨使用乙醇做燃料的比例。這需要在加油站安裝乙醇加油泵，而石油業為此要拿出數十億美元的投資。

(文章僅代表作者個人立場和觀點)