海上风能潜力巨大。以下是它如何改变美国。

拜登总统今年 4 月宣布了到 2030 年将气候变暖排放量减少一半的计划。这是防止我们陷入灾难性的、不可逆转的气候变化的必要举措。

但发展清洁能源并非没有棘手的问题。其中一个问题是，这些可再生能源该放在哪里。根据彭博社和普林斯顿大学的分析，如果到 2050 年太阳能和风能提供 98% 的能源，那么生产能源所需的土地面积可能会增加四倍。

这就是政策制定者希望从海洋中寻找解决方案的原因。总统最近还承诺到 2030 年开发 30 千兆瓦的海上风电——这一目标如果实现，将减轻陆地上支持大面积能源开发的压力。

目前，美国只有几座小型海上风力发电厂。但美国能源部报告称，目前海上风力发电容量为 28,581 兆瓦。以下是这些项目如何帮助我们实现美国的清洁能源目标。

海上风电的工作原理

海上风力涡轮机利用地下电线将电力输送到岸上。水面上的涡轮机与陆地上的风车看起来并没有什么不同——除了尺寸。海上涡轮机大约是陆地涡轮机的两倍大，从水面到叶片尖端延伸超过 500 英尺。

海上风力发电厂不仅因为避免使用陆地而成为理想选择，而且由于海风往往更强劲、更持续，因此可以产生更多电力。这仅仅是因为海上几乎没有阻碍风的因素——没有山脉、山谷或建筑物。

海上风力涡轮机通常安装在固定的基座上，基座被打入海床，因此只能在水深 200 英尺以下的水域建造。但较新的浮动技术可以让涡轮机浮在水面上，同时用系泊绳将它们固定在原位，这样开发商就可以在更深的海域安装涡轮机。这是一个诱人的可能性——美国一半以上的潜在海上风力资源位于水深超过 200 英尺的水域。

海上涡轮机可以提供大量电力

美国国家可再生能源实验室的研究人员估计，海上风能资源的供应量几乎是美国目前能源消耗量的两倍。“我们永远无法做到这一点，但这可以让你了解我们拥有多少资源，”美国国家可再生能源实验室海上风能研究负责人沃尔特·穆夏尔说。开放的沿海水域对于捕鱼等其他用途必不可少，许多内陆州更适合使用陆地能源发电。“你不一定会使用海上风能资源为堪萨斯城供电。”

然而，由于全国约有 80% 的人口居住在沿海地区，开发海上风能资源可能具有无价的价值，特别是在东北等陆地上能源开发空间较小的地区。

至于在 3030 年实现 30 千兆瓦的目标？Musial 表示这绝对是可行的，但也存在一些障碍。

海上风电面临的障碍

为了安装风力涡轮机，联邦政府必须将海洋空间租给风力涡轮机开发商，这一引用和许可过程可能持续数年。它还需要与其他需要进入这些水域的团体进行谈判，包括军事、航运和渔业。渔民们担心这些开发项目可能会让他们无法进入自己的渔场。负责任海上开发联盟执行董事安妮·霍金斯最近告诉《纽约时报》： “我们的渔业已经比世界上任何地方都受到更严格的监管，所以不能简单地说渔民可以换个装备去其他地方捕鱼。”

另一个问题是在陆地上建设输电基础设施。虽然起初海上风电场基本上可以接入电网，而以前化石能源可以接入电网，但最终还是需要新的输电线路。为了摆脱化石燃料，不仅汽车需要接入电网充电，而且许多电器也需要通电；这意味着我们未来的能源需求将大得多，因此需要更多的输电基础设施。这些线路的规划和建设可能具有挑战性，因为它需要获得各级政府和土地所有者的批准。“这比风电场更复杂，”穆西亚尔说。

这些设施将如何影响海洋生物也存在一些未知数。当固定涡轮机安装在海底时，安装过程会在水下产生噪音。一根直径 10 英尺的管道被锤入海底，发出叮当声，可能会让濒临灭绝的露脊鲸等海洋动物感到紧张。幸运的是，有一些技术可以减少噪音，比如在施工区域周围制造一个气泡球来减弱噪音。

为什么海上风电是一种经济高效且可靠的资源

尽管海上风电存在诸多挑战，但它可以为美国未来提供大量电力。与太阳能发电一样，自第一批风力涡轮机出现以来，风力发电成本（包括海上风力发电）一直在下降。尽管目前美国海上风力涡轮机数量很少，但欧洲和亚洲海上风电场的发展已使成本大幅下降。“如今，海上风电的成本竞争力远高于五年前，”劳伦斯伯克利国家实验室电力市场和政策制定高级科学家 Ryan Wiser 表示。“事实上，这也是越来越多的州（尤其是东海岸）制定更积极的海上风电目标的主要原因之一，但或许在不久的将来西海岸也会如此。”

怀瑟和劳伦斯伯克利国家实验室的其他研究人员估计，到 2050 年，风电（包括海上风电）价格可能会降至 2015 年的一半。“最近有许多研究表明，即使电力行业实现深度脱碳，我们谈论的成本和价格可能与我们今天在家庭中观察到的价格没有太大差别，”怀瑟说。“原因很简单，因为几种关键的低碳技术的成本正在加速下降。”

穆西尔最常面对的误解是，依赖太阳能和风能会导致电力供应不稳定。但电网运营商已经在应对全天和跨季节波动的电力需求。他说，只要正确组合清洁能源，我们的电力供应就足够了。

“海上风电或任何可再生能源系统的底线是，电网输送电力的可靠性和灵活性不会改变，”穆西尔说。虽然我们需要实施新技术来储存电力，但太阳和风的波动并不是不可逾越的障碍。“电网的可靠性会下降是一个神话。”