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可再生能源和新技术
戴维?加曼(David K. Garman)
美国能源部负责能源效率和可再生能源的助理部长
国际中国文化出版社供稿
加曼指出，过去30年来，在提高传统燃料效率、发展和利用可最终改变能源业的新一代技术这两个领域进行的能源研究取得了长足的进展。他说，要满足美国和世界对洁净能源的长远需要，就必须实现使用新技术的飞跃发展，同时继续投资于提高能源效率、可替代化石燃料的可再生能源和更洁净的非再生能源。
能源挑战
能源是当代每个国家的生命线，是优质生活水平、发达经济和国家安全的支柱。虽然有效使用现有能源资源在短期内至为关键，但像其他国家一样，美国必须把目光投向氢能和纳米技术等新一代技术，以应对为所有人民提供清洁、丰富、可靠和廉价能源的日趋艰巨的挑战。
布什总统于2001年5月发布的《国家能源政策》阐述了美国的能源战略。《国家能源政策》提请人们注意一个事实：美国国内的能源供应与国内能源需求之间的严重不平衡是我们面临的最根本的能源挑战。它表明，美国消耗的能源大大超过其生产的能源，我们对进口能源的依赖一年比一年严重。《国家能源政策》还就应采取何种措施提供了指导。
我国目前的能源经济有如下几个特点：
? 我们拥有多样化的主要能源资源，如化石能源(石油、煤炭和天然气)、核能和可再生能源。
? 但是，我们过度依赖石油、煤炭和天然气。
? 交通运输部门几乎完全依赖石油(97%)，其中绝大多数是进口石油。
? 在几乎所有能源消费部门，大量的能源或者遭到排斥(如核能、风能，译者注)，或者被浪费，而在三个主要能源消费部门中(民用/商用、工业及交通运输)，交通运输部门的能源利用率最低。
提高石油利用效率和开发国内新的石油资源都是短期内的重要任务，但最终需要的是摆脱对石油的依赖的长远解决方案。
美国面临的能源挑战因另一个重要因素而变得更加复杂化，这就是能源消费带来的污染和二氧化碳的排放。虽然我们在减少轿车和卡车污染以及来自工厂、家用和其他固定污染源的污染方面取得了良好进展，但我们最终需要采取新举措，以进一步减少废气排放。
为了在未来为美国提供可靠、廉价、有利于环境的能源供应，美国能源部能源效率和可再生能源局(Office of Energy Efficiency and Renewable Energy，简称EERE)在联邦政府研究、开发和利用生物质能、地热能、太阳能、风能和其他可再生能源和能源效率技术等方面发挥着领导作用。由于过去30年来对科研、应用示范、税务优惠和其他政策举措的大量投资，我们在提高能源使用效率和向市场推广可再生能源技术方面取得了巨大进展。虽然我们以及我们的行业合作夥伴进行的投资已初见成效，不断在这些技术的成本和效率方面取得显著进展，但为了应对我们所面临的能源挑战，还有更多的工作有待去做。
氢能利用的前景
像氢能这样的新一代能源技术的开发会大大减少美国对能源进口的依赖，特别是在交通运输业。由于氢能不是能源来源，而是能源的载体，因此可以从天然气、煤炭、核能和可再生能源等各种主要能源来源获得。氢能可以用作超洁净内燃机的燃料，这将使汽车的废气排放量降低99%以上。当氢能被用作燃料电池汽车的动力时，它的效能会比今天的汽油发动机高一倍以上，而且不会排放有害气体。事实上，燃料电池唯一的副产品是纯净的水和废热。氢能燃料电池还可以是固定式的，可为家庭、办公室、购物中心和其他建筑物供电。
自从《国家能源政策》公布以来，布什总统和能源部部长斯潘塞?亚伯拉罕(Spencer Abraham)提出了几项与氢能有关的计划，其中最引人瞩目的是：2002年1月公布的《自由车计划》(FreedomCAR)；布什总统2003年在发表国情咨文讲话时宣布的《氢燃料计划》(Hydrogen Fuel Initiative)，2003年2月宣布的《未来发电项目》(FutureGEN)，这是一个零排放煤炭发电和氢能发电项目，内容包括螯合──捕获和储藏──温室气体排放。布什总统在2003年发表国情咨文讲话时宣布，"随着国家做出这一新的承诺，我们的科学家和工程师将会克服障碍，使这些汽车从实验室进入展示厅，这样，今天出世的孩子所开的第一辆汽车可能就是用氢作动力、没有污染的汽车。"所有这些计划为开发生产、输送、储存、转换、应用氢能所需的先进技术、建立氢能经济的国家战略发挥了推动作用。
联邦政府的作用是加速推动氢能和燃料电池的发展，使工业界在2015年前能够做出使这些技术商业化的决定。但生产和营销燃料电池或其他先进的车辆将是工业界的职责。实现这一远景规划需要技术上的突破，而且这些技术必须为人们所接受，还需要对国家氢能基础设施进行大量投资。成就不会在一夜之间或数年内取得，而需要几十年，这将需要一个随着技术和市场的成熟而逐渐向氢能稳步过渡的进程。
其他新一代技术
除了解决对交通运输至关重要的能源需求问题，在其他领域──像建筑物──也必须提高能源效率。随着人口的增长和家庭用电的增加，美国与住房相关的能源消费也在不断增长。高效、舒适以及容易管理和维修的新一代建筑物将需要新技术。例如，使用半导体发光二极管的固态照明是一种具有变革意义的技术革新，可能改变我们的家用照明和办公照明方式。在美国，照明消耗的电能占所有建筑物供电量的近30%。现代电子荧光灯泡比白炽灯泡省电得多，但它们与上一代电子真空管没有什么不同，仍旧是充满气体的玻璃球。发光二极管对于荧光灯来说有如晶体管相对于真空管，或者汽车相对于马车。
从长远来说，美国的研究重点是"零能源型建筑物"；这种新型建筑将高效设计与燃料电池、太阳能、地热能和其他分布式能源和废热发电技术相结合，所消耗的能源通常低于其生产的能源。将阳光直接转换为电能的太阳能电池──即太阳能光伏(photovoltaics，简称PV)──通过安装在房顶上的薄膜太阳能光伏已经在为建筑物提供补充能源，并为得不到电网服务的分布式电力系统提供电力。分布式能源指的是可同能源管理和能源储存系统结合起来、用于改进输电系统作业的各种小型组合式发电设备，无论这些设备与电网连结与否。
能源部也在积极从事纳米技术的研究和开发。纳米材料──通常为一米的10亿分之一，或者比一根人发细一千倍──与大块的同质材料相比具有不同的化学和物理性能，可用于开发新技术。能源部长亚伯拉罕说："这一微型物质的新科学可彻底改变我们生产、使用和输送能源的方式。"有些纳米材料显示出它具有巨大的潜力，可用来制造高效太阳能电池以及用于氢能燃料电池的新一代催化剂和薄膜。由于碳纳米管──基本上是用石墨薄片卷成直径为几纳米的细管──极其微小而又具有高超的导电性能，人们正在研究把它用作未来电子仪器的构件。碳纳米管与电缆进行合成处理后可制成性能良好的输电线，其性能将大大超过今天所用的电力网。
通过上文的几个例子便可看出新技术所预示的截然不同的能源前景。
提高能源效率和开发可再生能源的持续努力
尽管氢能和其他革新从长远来讲可能具有重要意义，但能源效率和可再生能源局仍在继续对提高能源效率和改善可再生能源进行投资，使之在近期即产生影响。根据《自由车计划》和《车辆技术项目》(Vehicle Technologies Program)，除氢能燃料电池技术外，我们正在资助混合动力技术(汽油-电力和柴油-电力)和轻质材料技术研究项目。我们认为，由于轻质材料和混合动力技术预计将被纳入燃料电池汽车的设计中，许多这类技术在燃料电池汽车投入使用前和投入使用后都能节省燃料。此外，我们也为旨在继续提高制造业和其他工业以及电器、建筑物和电力传输及电力配送等行业的能源利用率的研发项目提供资金。
能源效率和可再生能源局还在积极支持另外一些研发工作，以提高风能、太阳能、地热能和生物质能等各种可再生能源供应技术的效能和竞争力。例如，风能是世界上最为广泛使用和发展最快的可再生能源之一。自2000年以来，美国的风力涡轮发电能力提高了一倍以上。由于能源部所资助的研究，在风力资源丰富的地区，风力发电成本自1982年以来下降了20倍，降到每千瓦小时4美分甚至更低。在能源业对这些资源进行开发的同时，能源部的研究和开发项目将注意力转移到开发能够更广泛地利用低速风力资源的新技术上。"低速风力"技术将使可开发风力资源的土地(并可能延伸至海上)扩大20倍。
协助技术研究与开发的机制
能源部利用投资、政策和其他各种机制协助技术研究与开发──这些机制包括直接对研发投资、与私营部门建立合作夥伴关系、基础科学研究、投资和生产方面的税收优惠、贷款担保等，同时利用政府购买力的"市场拉动作用"和消费者教育及协助项目。政府继续支持全面的能源立法，以提高能源效率和推动可再生能源的发展，包括为可再生能源提供生产收税优惠，制定可再生燃料标准以支持从生物质中提取乙醇和生物柴油，以及制定其他各种提高能源效率的条例。除联邦政府外，各州政府也制订了许多政策，以鼓励使用可再生能源和其他技术，如住宅型太阳能发电系统(net metering)。住宅型太阳能发电系统使用户能够生产自己的可再生电能，并把多余的电力售回给供电部门。通过可对风能、太阳能、生物质能和地热能等各种可再生能源加以利用的"绿色电力"项目，可供美国公众选择的供电源日益扩大。由于用户的需求，美国各地已经安装(或计划安装)了1000万千瓦的绿色发电能力。
美国与其他国家的合作
由于世界大部份地区面临像美国一样的能源挑战，美国公司的技术开发也将使其他国家受益。另外，帮助发展中国家更有效地利用能源和发展替代能源可以使这些国家直接进入使用先进技术的阶段。能源部与其他国家签署了无数鼓励使用能源技术的双边和多边协议，包括"氢能经济国际夥伴关系" (International Partnership for the Hydrogen Economy，简称IPHE)。这是为促进研究、开发和示范氢能技术和加速世界经济向使用有利于环境的氢能技术过渡而于最近建立的一个组织。正式建立"氢能经济国际夥伴关系"的《议事规则》(Terms of Reference )由亚伯拉罕部长和代表其他14个国家和欧洲联盟的部长于2003年11月签署。"氢能经济国际夥伴关系"将为跨国研究、开发和实施有助于向全球氢能经济过渡的项目提供一种组织、评估和协调机制。
能源部还参加了"碳螯合领导人论坛"(Carbon Sequestration Leadership Forum，简称CSLF)。这是一项应对气候变化的国际计划，目标是促进高效益的排放捕获和储存技术的发展。"碳螯合领导人论坛"章程于2003年6月签署，现有16个产煤和用煤的成员。碳螯合技术是美国的一项优先议程，因为化石燃料(在消耗过程中产生二氧化碳)在今后一段时间仍将是世界上最可靠和成本最低的能源。
其他行动还有"第四代国际论坛"。能源部通过这个论坛与一批国际性政府组织共同努力，为促进新核能系统的发展展开双边和多边合作。美国还重新加入了旨在利用核聚变为未来提供能源的国际热核试验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor，简称ITER)项目。虽然核聚变的开发存在着复杂的技术障碍，但它蕴藏着巨大潜力，不可忽略。
结束语
美国和其他国家在为公民提供洁净、丰富、可靠而又廉价的能源方面面临诸多挑战。美国政策侧重于以飞跃的方式完成向氢能之类的新一代技术的过渡，同时努力提高能源效率、开发化石燃料的替代品和更洁净的非再生能源──这一切努力对未来能源供应都可能发挥重要作用。
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戴维?加曼(David K. Garman)
美国能源部负责能源效率和可再生能源的助理部长
国际中国文化出版社供稿
加曼指出，过去30年来，在提高传统燃料效率、发展和利用可最终改变能源业的新一代技术这两个领域进行的能源研究取得了长足的进展。他说，要满足美国和世界对洁净能源的长远需要，就必须实现使用新技术的飞跃发展，同时继续投资于提高能源效率、可替代化石燃料的可再生能源和更洁净的非再生能源。
能源挑战
能源是当代每个国家的生命线，是优质生活水平、发达经济和国家安全的支柱。虽然有效使用现有能源资源在短期内至为关键，但像其他国家一样，美国必须把目光投向氢能和纳米技术等新一代技术，以应对为所有人民提供清洁、丰富、可靠和廉价能源的日趋艰巨的挑战。
布什总统于2001年5月发布的《国家能源政策》阐述了美国的能源战略。《国家能源政策》提请人们注意一个事实：美国国内的能源供应与国内能源需求之间的严重不平衡是我们面临的最根本的能源挑战。它表明，美国消耗的能源大大超过其生产的能源，我们对进口能源的依赖一年比一年严重。《国家能源政策》还就应采取何种措施提供了指导。
我国目前的能源经济有如下几个特点：
? 我们拥有多样化的主要能源资源，如化石能源(石油、煤炭和天然气)、核能和可再生能源。
? 但是，我们过度依赖石油、煤炭和天然气。
? 交通运输部门几乎完全依赖石油(97%)，其中绝大多数是进口石油。
? 在几乎所有能源消费部门，大量的能源或者遭到排斥(如核能、风能，译者注)，或者被浪费，而在三个主要能源消费部门中(民用/商用、工业及交通运输)，交通运输部门的能源利用率最低。
提高石油利用效率和开发国内新的石油资源都是短期内的重要任务，但最终需要的是摆脱对石油的依赖的长远解决方案。
美国面临的能源挑战因另一个重要因素而变得更加复杂化，这就是能源消费带来的污染和二氧化碳的排放。虽然我们在减少轿车和卡车污染以及来自工厂、家用和其他固定污染源的污染方面取得了良好进展，但我们最终需要采取新举措，以进一步减少废气排放。
为了在未来为美国提供可靠、廉价、有利于环境的能源供应，美国能源部能源效率和可再生能源局(Office of Energy Efficiency and Renewable Energy，简称EERE)在联邦政府研究、开发和利用生物质能、地热能、太阳能、风能和其他可再生能源和能源效率技术等方面发挥着领导作用。由于过去30年来对科研、应用示范、税务优惠和其他政策举措的大量投资，我们在提高能源使用效率和向市场推广可再生能源技术方面取得了巨大进展。虽然我们以及我们的行业合作夥伴进行的投资已初见成效，不断在这些技术的成本和效率方面取得显著进展，但为了应对我们所面临的能源挑战，还有更多的工作有待去做。
氢能利用的前景
像氢能这样的新一代能源技术的开发会大大减少美国对能源进口的依赖，特别是在交通运输业。由于氢能不是能源来源，而是能源的载体，因此可以从天然气、煤炭、核能和可再生能源等各种主要能源来源获得。氢能可以用作超洁净内燃机的燃料，这将使汽车的废气排放量降低99%以上。当氢能被用作燃料电池汽车的动力时，它的效能会比今天的汽油发动机高一倍以上，而且不会排放有害气体。事实上，燃料电池唯一的副产品是纯净的水和废热。氢能燃料电池还可以是固定式的，可为家庭、办公室、购物中心和其他建筑物供电。
自从《国家能源政策》公布以来，布什总统和能源部部长斯潘塞?亚伯拉罕(Spencer Abraham)提出了几项与氢能有关的计划，其中最引人瞩目的是：2002年1月公布的《自由车计划》(FreedomCAR)；布什总统2003年在发表国情咨文讲话时宣布的《氢燃料计划》(Hydrogen Fuel Initiative)，2003年2月宣布的《未来发电项目》(FutureGEN)，这是一个零排放煤炭发电和氢能发电项目，内容包括螯合──捕获和储藏──温室气体排放。布什总统在2003年发表国情咨文讲话时宣布，"随着国家做出这一新的承诺，我们的科学家和工程师将会克服障碍，使这些汽车从实验室进入展示厅，这样，今天出世的孩子所开的第一辆汽车可能就是用氢作动力、没有污染的汽车。"所有这些计划为开发生产、输送、储存、转换、应用氢能所需的先进技术、建立氢能经济的国家战略发挥了推动作用。
联邦政府的作用是加速推动氢能和燃料电池的发展，使工业界在2015年前能够做出使这些技术商业化的决定。但生产和营销燃料电池或其他先进的车辆将是工业界的职责。实现这一远景规划需要技术上的突破，而且这些技术必须为人们所接受，还需要对国家氢能基础设施进行大量投资。成就不会在一夜之间或数年内取得，而需要几十年，这将需要一个随着技术和市场的成熟而逐渐向氢能稳步过渡的进程。
其他新一代技术
除了解决对交通运输至关重要的能源需求问题，在其他领域──像建筑物──也必须提高能源效率。随着人口的增长和家庭用电的增加，美国与住房相关的能源消费也在不断增长。高效、舒适以及容易管理和维修的新一代建筑物将需要新技术。例如，使用半导体发光二极管的固态照明是一种具有变革意义的技术革新，可能改变我们的家用照明和办公照明方式。在美国，照明消耗的电能占所有建筑物供电量的近30%。现代电子荧光灯泡比白炽灯泡省电得多，但它们与上一代电子真空管没有什么不同，仍旧是充满气体的玻璃球。发光二极管对于荧光灯来说有如晶体管相对于真空管，或者汽车相对于马车。
从长远来说，美国的研究重点是"零能源型建筑物"；这种新型建筑将高效设计与燃料电池、太阳能、地热能和其他分布式能源和废热发电技术相结合，所消耗的能源通常低于其生产的能源。将阳光直接转换为电能的太阳能电池──即太阳能光伏(photovoltaics，简称PV)──通过安装在房顶上的薄膜太阳能光伏已经在为建筑物提供补充能源，并为得不到电网服务的分布式电力系统提供电力。分布式能源指的是可同能源管理和能源储存系统结合起来、用于改进输电系统作业的各种小型组合式发电设备，无论这些设备与电网连结与否。
能源部也在积极从事纳米技术的研究和开发。纳米材料──通常为一米的10亿分之一，或者比一根人发细一千倍──与大块的同质材料相比具有不同的化学和物理性能，可用于开发新技术。能源部长亚伯拉罕说："这一微型物质的新科学可彻底改变我们生产、使用和输送能源的方式。"有些纳米材料显示出它具有巨大的潜力，可用来制造高效太阳能电池以及用于氢能燃料电池的新一代催化剂和薄膜。由于碳纳米管──基本上是用石墨薄片卷成直径为几纳米的细管──极其微小而又具有高超的导电性能，人们正在研究把它用作未来电子仪器的构件。碳纳米管与电缆进行合成处理后可制成性能良好的输电线，其性能将大大超过今天所用的电力网。
通过上文的几个例子便可看出新技术所预示的截然不同的能源前景。
提高能源效率和开发可再生能源的持续努力
尽管氢能和其他革新从长远来讲可能具有重要意义，但能源效率和可再生能源局仍在继续对提高能源效率和改善可再生能源进行投资，使之在近期即产生影响。根据《自由车计划》和《车辆技术项目》(Vehicle Technologies Program)，除氢能燃料电池技术外，我们正在资助混合动力技术(汽油-电力和柴油-电力)和轻质材料技术研究项目。我们认为，由于轻质材料和混合动力技术预计将被纳入燃料电池汽车的设计中，许多这类技术在燃料电池汽车投入使用前和投入使用后都能节省燃料。此外，我们也为旨在继续提高制造业和其他工业以及电器、建筑物和电力传输及电力配送等行业的能源利用率的研发项目提供资金。
能源效率和可再生能源局还在积极支持另外一些研发工作，以提高风能、太阳能、地热能和生物质能等各种可再生能源供应技术的效能和竞争力。例如，风能是世界上最为广泛使用和发展最快的可再生能源之一。自2000年以来，美国的风力涡轮发电能力提高了一倍以上。由于能源部所资助的研究，在风力资源丰富的地区，风力发电成本自1982年以来下降了20倍，降到每千瓦小时4美分甚至更低。在能源业对这些资源进行开发的同时，能源部的研究和开发项目将注意力转移到开发能够更广泛地利用低速风力资源的新技术上。"低速风力"技术将使可开发风力资源的土地(并可能延伸至海上)扩大20倍。
协助技术研究与开发的机制
能源部利用投资、政策和其他各种机制协助技术研究与开发──这些机制包括直接对研发投资、与私营部门建立合作夥伴关系、基础科学研究、投资和生产方面的税收优惠、贷款担保等，同时利用政府购买力的"市场拉动作用"和消费者教育及协助项目。政府继续支持全面的能源立法，以提高能源效率和推动可再生能源的发展，包括为可再生能源提供生产收税优惠，制定可再生燃料标准以支持从生物质中提取乙醇和生物柴油，以及制定其他各种提高能源效率的条例。除联邦政府外，各州政府也制订了许多政策，以鼓励使用可再生能源和其他技术，如住宅型太阳能发电系统(net metering)。住宅型太阳能发电系统使用户能够生产自己的可再生电能，并把多余的电力售回给供电部门。通过可对风能、太阳能、生物质能和地热能等各种可再生能源加以利用的"绿色电力"项目，可供美国公众选择的供电源日益扩大。由于用户的需求，美国各地已经安装(或计划安装)了1000万千瓦的绿色发电能力。
美国与其他国家的合作
由于世界大部份地区面临像美国一样的能源挑战，美国公司的技术开发也将使其他国家受益。另外，帮助发展中国家更有效地利用能源和发展替代能源可以使这些国家直接进入使用先进技术的阶段。能源部与其他国家签署了无数鼓励使用能源技术的双边和多边协议，包括"氢能经济国际夥伴关系" (International Partnership for the Hydrogen Economy，简称IPHE)。这是为促进研究、开发和示范氢能技术和加速世界经济向使用有利于环境的氢能技术过渡而于最近建立的一个组织。正式建立"氢能经济国际夥伴关系"的《议事规则》(Terms of Reference )由亚伯拉罕部长和代表其他14个国家和欧洲联盟的部长于2003年11月签署。"氢能经济国际夥伴关系"将为跨国研究、开发和实施有助于向全球氢能经济过渡的项目提供一种组织、评估和协调机制。
能源部还参加了"碳螯合领导人论坛"(Carbon Sequestration Leadership Forum，简称CSLF)。这是一项应对气候变化的国际计划，目标是促进高效益的排放捕获和储存技术的发展。"碳螯合领导人论坛"章程于2003年6月签署，现有16个产煤和用煤的成员。碳螯合技术是美国的一项优先议程，因为化石燃料(在消耗过程中产生二氧化碳)在今后一段时间仍将是世界上最可靠和成本最低的能源。
其他行动还有"第四代国际论坛"。能源部通过这个论坛与一批国际性政府组织共同努力，为促进新核能系统的发展展开双边和多边合作。美国还重新加入了旨在利用核聚变为未来提供能源的国际热核试验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor，简称ITER)项目。虽然核聚变的开发存在着复杂的技术障碍，但它蕴藏着巨大潜力，不可忽略。
结束语
美国和其他国家在为公民提供洁净、丰富、可靠而又廉价的能源方面面临诸多挑战。美国政策侧重于以飞跃的方式完成向氢能之类的新一代技术的过渡，同时努力提高能源效率、开发化石燃料的替代品和更洁净的非再生能源──这一切努力对未来能源供应都可能发挥重要作用。