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“美國電力行業(yè)如果要依靠風(fēng)電、光伏等可再生能源實(shí)現(xiàn)脫碳，必定會(huì)占用大量土地面積。”這是外界攻擊風(fēng)電和光伏時(shí)常用的論調(diào)之一。事實(shí)上，這些可再生能源項(xiàng)目需要用到的土地極少。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)近期公布的一項(xiàng)研究結(jié)果顯示，在美國本土48個(gè)州的區(qū)域內(nèi)，只需要不到1%的土地用于風(fēng)電、光伏項(xiàng)目，就可以實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)。
風(fēng)電、光伏的關(guān)鍵作用
目前，各國都在加快能源轉(zhuǎn)型，并公布了實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。作為全球碳排放的主要貢獻(xiàn)者，美國拜登政府承諾，到2030年將該國的排放量在2005年的水平上削減50%~52%。多數(shù)研究表明，要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，美國需要前所未有地增加風(fēng)電和太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)，以使電力部門脫碳，并滿足建筑、工業(yè)和交通部門對零碳電力日益增長的需求。
美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)拜登政府的目標(biāo)，即到2030年產(chǎn)生80%的零碳電力、到2035年產(chǎn)生100%的零碳電力，需要將風(fēng)電和光伏在美國電力結(jié)構(gòu)中的占比從2022年的14%左右提升至2035年的60%~75%。該實(shí)驗(yàn)室預(yù)計(jì)，加上現(xiàn)有地?zé)岷退Πl(fā)電裝機(jī)容量的適度增加，以及現(xiàn)有設(shè)施的升級，到2035年，可再生能源在美國總發(fā)電量中的占比可達(dá)70%~85%。剩余的大部分發(fā)電量將來自現(xiàn)有的核電站，少量來自天然氣廠、沼氣等。這意味著，如果要滿足對零碳電力日益增長的需求，美國的總發(fā)電能力需要在2020年至2035年間翻三倍，包括20億千瓦的風(fēng)電和太陽能發(fā)電裝機(jī)。
也就是說，到2030年，美國風(fēng)電年度新增裝機(jī)容量要達(dá)到7000萬千瓦~1.45億千瓦;光伏年度新增裝機(jī)容量要達(dá)到4300萬~9000萬千瓦，比該國目前的年部署速度提高了四倍多?？紤]到新項(xiàng)目選址、核準(zhǔn)流程與加大設(shè)備制造效率都具有挑戰(zhàn)性，美國想要按時(shí)實(shí)現(xiàn)電力脫碳目標(biāo)似乎是不可能完成的任務(wù)。
然而，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和其他機(jī)構(gòu)的研究表明，這在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。例如，根據(jù)勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Lab)的數(shù)據(jù)，大約9.3億千瓦的風(fēng)電、光伏裝機(jī)及4.2億千瓦的儲(chǔ)能項(xiàng)目正在等待并網(wǎng)批準(zhǔn)。
與此同時(shí)，美國能源信息署(EIA)預(yù)計(jì)，2023年美國的電池儲(chǔ)能容量將增加一倍以上。美國《通脹削減法案》(Inflation Reduction Act)已明確提出，將為這些技術(shù)提供數(shù)千億美元的新激勵(lì)措施。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在其2022年標(biāo)準(zhǔn)情景研究中指出，這些聯(lián)邦激勵(lì)措施將加速風(fēng)電和光伏的部署，并有望到2030年使美國電力部門的二氧化碳排放量比2005年的水平降低80%以上。
風(fēng)光直接占地面積極少
現(xiàn)有的多項(xiàng)研究均表明，可再生能源發(fā)電設(shè)施不需要占用過多的土地。根據(jù)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究，到2035年，風(fēng)電和光伏基礎(chǔ)設(shè)施直接占用的土地面積將不到美國本土面積的1%。之所以需要很少的土地，一個(gè)關(guān)鍵原因是風(fēng)電場只有2%的總面積被風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施占用，剩下的98%可用于農(nóng)業(yè)、放牧或其他用途。
海上風(fēng)電場的占用面積同樣相對較少，且能夠使用比陸地項(xiàng)目大得多的風(fēng)電機(jī)組。與此同時(shí)，屋頂太陽能光伏的部署不需要開辟任何新土地資源。
不可否認(rèn)的是，要將這些清潔能源從美國中西部和地處平原、風(fēng)能資源豐富的各州輸送到東部的主要負(fù)荷中心，需鋪設(shè)大量額外的輸電線路。
研究顯示，到2035年，美國的總輸電能力必須增加1.3~2.9倍。假設(shè)2026年開始建設(shè)新線路，這將需要每年新增1400~10100英里(約2253~16254km)的高容量輸電線(high-capacity line)。
到2035年，美國為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏和遠(yuǎn)程輸電線路的清潔能源目標(biāo)，所需的土地總量約為19700平方英里(約5.1萬平方千米)。
這相當(dāng)于目前該國鐵路占用的土地面積，即18500平方英里;不到開采中的石油和天然氣租賃面積(40500平方英里)的一半，不到目前乙醇生產(chǎn)所需面積(59500平方英里)的三分之一。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室提出的一種情景方案預(yù)計(jì)，美國大約需要部署25萬臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于美國150萬口石油和天然氣井。
該研究還評估了美國實(shí)際可用于開發(fā)風(fēng)光發(fā)電項(xiàng)目的土地面積。對于風(fēng)電項(xiàng)目，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在其模型中已將受保護(hù)的土地(如州和國家公園、保護(hù)區(qū)和水域)、城市地區(qū)、山區(qū)或復(fù)雜地形排除在外。該實(shí)驗(yàn)室還考慮了州和縣的相關(guān)條例，并排除了與其他現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施(如建筑物、道路、鐵路和雷達(dá))沖突的土地。對于公用事業(yè)規(guī)模的光伏項(xiàng)目，該實(shí)驗(yàn)室在研究中排除了美國農(nóng)業(yè)部指定的“主要”或“重要”農(nóng)田，并在大多數(shù)情況下，將潛在的光伏部署位置限制在距現(xiàn)有輸電網(wǎng)12.4英里以內(nèi)的地點(diǎn)。
綜合上述考慮因素，該實(shí)驗(yàn)室在其計(jì)算的大多數(shù)情景下，美國48個(gè)州中約有29%的土地可用于風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)，39%的土地可用于光伏項(xiàng)目開發(fā)。需要指出的是，該項(xiàng)研究沒有考慮美國土地利用模式的變化，包括氣候變化對土地可用性的影響。即便如此，該實(shí)驗(yàn)室針對可再生能源土地占用率的研究，其結(jié)果也足以鼓舞人心。
環(huán)境和公共健康效益
也許更重要的是，用風(fēng)能和太陽能取代化石燃料，將大大減少開采、鉆探、運(yùn)輸、生產(chǎn)和使用化石燃料所需的土地?cái)?shù)量。用于后者的土地，以及用于處理煤灰和其他廢物的土地，往往會(huì)給當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)造成嚴(yán)重的長期環(huán)境和公共衛(wèi)生問題。
相比之下，風(fēng)電和光伏發(fā)電項(xiàng)目使用的土地，其影響往往是短期和可修復(fù)的。
前文提到，風(fēng)電場所需土地的98%可用于農(nóng)業(yè)、放牧或其他生產(chǎn)用途。太陽能和農(nóng)業(yè)共存，或“農(nóng)業(yè)光伏”系統(tǒng)，可以通過改善能源和糧食生產(chǎn)，使農(nóng)業(yè)更具可持續(xù)性。
與化石燃料不同，風(fēng)電和光伏發(fā)電不使用水，也不產(chǎn)生任何會(huì)污染空氣、土地或水道的排放或廢物。土地經(jīng)過修復(fù)后可以很容易地恢復(fù)并重新使用。此外，相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人士正在探索回收和再利用電池板和電池的新方法，取代送往垃圾填埋場。
