可再生能源解析：太阳能、风能、水力、地热和生物质能如何工作

五个主要的可再生能源来源

美国能源信息署(EIA)确定了五个主要用于电力和热能的可再生能源来源：生物质能、地热能、水力发电、太阳能和风能。每一种都将不同的自然资源——阳光、移动的空气、流动的水、地下热或有机物质——转化为可用能源。

太阳能

EIA描述了三种太阳能技术：光伏(PV)电池直接将阳光转化为电力、为建筑物加热水或空气的太阳热系统，以及用于加热发电流体的集中太阳热集器。

风能

风力涡轮机将移动的空气转化为电力，通常被分组为风电场。根据EIA，美国大多数风电场目前在该国的中部地区运营，计划进行近海风能扩展。

水力发电

水力发电从流动的水中产生电力。EIA区分了传统水力发电，它使用大坝或河流流动来旋转涡轮机，与抽蓄水力发电，它在不同高度的两个水库之间移动水来存储和释放能量。

地热能

地热能是来自地球内部的热。EIA关于地热能的说明列出了三个用途：在温泉中沐浴、加热建筑物和发电。

生物质能

生物质能来自非化石植物材料。EIA将其分为三类：用于运输的生物燃料如乙醇和生物柴油、燃烧的城市固体废物和生物气用于发电，以及木材——森林残留物和用于供暖和烹饪的木颗粒。EIA指出，木材是美国第二大可再生能源。

全球容量与美国电力组合

以下两个指标不直接可比：全球数据衡量安装容量(一项技术可能产生的最大输出)，而美国数据衡量2023年实际发电份额。2024年底的全球容量数据来自国际可再生能源机构(IRENA)，由巴尔干绿色能源新闻报道；美国发电份额来自EIA。

全球来看，到2024年底，可再生能源总容量达到4.49 TW，比2023年增长585 GW(+15.1%)——根据巴尔干绿色能源新闻引用的IRENA数据，这是有记录以来最大的年增长。太阳能和风能一起占了这一增长的大部分，而水力发电、生物能和地热能增长更慢。在美国，可再生能源总体供应了2023年公用规模发电的21.4%，落后于化石燃料(60.0%)，领先于核能(18.6%)，根据EIA；风能是最大的单一可再生能源来源。

同样的报道指出，中国占全球2024年新增可再生能源容量的63.8%，包括70.5%的新增风电和61.5%的新增太阳能光伏容量，该国现在拥有全球太阳能容量的一半以上，为888 GW。

如何检查哪种可再生能源适合某个位置

根据EIA对每项技术工作方式的描述，这些是用于判断可再生能源是否适合给定地点的基本检查：

1. 检查阳光暴露：太阳能光伏和太阳热系统依靠直接将阳光转化为电力或热，因此持续的阳光暴露是关键要求。
2. 评估当地风力模式：风力涡轮机需要充足、持续的风；在美国，大多数现有风电场集中在中部地区，近海地点单独开发。
3. 寻找流动的水：传统水力发电需要一个足够强的大坝或河流流动来旋转涡轮机，而抽蓄水力发电需要两个不同高度的水库。
4. 寻找地热资源：EIA将在温泉中沐浴、建筑物供暖和发电列为地热能的主要用途，因此当地温泉或地下热资源表明这些用途的潜力。
5. 获得生物质原料：木材残留物、城市固体废物、生物气来源或生物燃料作物的可用性决定了生物质能生产是否可行，因为每一种都需要稳定的有机物质供应。

为什么混合很重要

没有单一的可再生能源在两项措施中都占主导地位。太阳能在全球安装容量中领先，水力发电是太阳能之后按容量计的最大可再生能源，风能供应美国实际可再生电力生成的最大份额。这些差异反映了容量(一个工厂理论上可能产生的)与发电(实际产生的)之间的不同。