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清潔能源

(不排放污染物的能源)

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清潔能源,即綠色能源,是指不排放污染物、能夠直接用於生產生活的能源,它包括核能和“可再生能源”。
2019年9月20日,國家能源局發展規劃司司長李福龍表示,在研究“十四五”能源發展規劃,將繼續壯大清潔能源發展 [1] 
中文名
清潔能源
外文名
clean energy
別    名
清潔能源
組    成
核能,可再生能源
種    類
水能、風能、太陽能、潮汐能等

清潔能源基本概念

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傳統意義上,清潔能源指的是對環境友好的能源,意思為環保,排放少,污染程度小。但是這個概念不夠準確,容易讓人們誤以為是對能源的分類,認為能源有清潔與不清潔之分,從而誤解清潔能源的本意。 [2] 
清潔能源的準確定義應是:對能源清潔、高效、系統化應用的技術體系。含義有三點:第一清潔能源不是對能源的簡單分類,而是指能源利用的技術體系;第二清潔能源不但強調清潔性同時也強調 經濟性;第三清潔能源的清潔性指的是符合一定的排放標準。
可再生能源,是指原材料可以再生的能源,如水力發電風力發電太陽能生物能(沼氣)、地熱能(包括地源和水源)海潮能這些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能,因此,可再生能源的開發利用,日益受到許多國家的重視,尤其是能源短缺的國家。
2019年9月20日,國家能源局發展規劃司司長李福龍表示,正在研究“十四五”能源發展規劃,將繼續壯大清潔能源發展 [1] 
“十四五”大型清潔能源基地佈局示意圖 “十四五”大型清潔能源基地佈局示意圖 [7]

清潔能源基本信息

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清潔能源能源

能源就是向自然界提供能量轉化的物質(礦物質能源,核物理能源,大氣環流能源,地理性能源)。能源是人類活動的物質基礎。在某種意義上講,人類社會的發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用。在當今世界,能源的發展,能源和環境,是全世界、全人類共同關心的問題,也是我國社會經濟發展的重要問題。
清潔能源和含義包含兩方面的內容:
新能源宣傳圖片

清潔能源可再生能源

消耗後可得到恢復補充,不產生或極少產生污染物。如太陽能、風能生物能水能地熱能氫能等。中國是國際潔淨能源的巨頭,是世界上最大的太陽能、風力與環境科技公司的發源地。

清潔能源非再生能源

在生產及消費過程中儘可能減少對生態環境的污染,包括使用低污染的化石能源(如天然氣等)和利用清潔能源技術處理過的化石能源,如潔淨煤潔淨油等。
核能雖然屬於清潔能源,但消耗燃料,不是可再生能源,投資較高,而且幾乎所有的國家,包括技術和管理最先進的國家,都不能保證核電站的絕對安全,前蘇聯的切爾諾貝利事故、美國的三里島事故和日本的福島核事故影響都非常大,核電站尤其是戰爭或恐怖主義襲擊的主要目標,遭到襲擊後可能會產生嚴重的後果,所以發達國家都在緩建核電站,德國準備逐漸關閉所有的核電站,以可再生能源代替,但可再生能源的成本比其他能源要高。
可再生能源是最理想的能源,可以不受能源短缺的影響,但也受自然條件的影響,如需要有水力風力太陽能資源,而且最主要的是投資和維護費用高,效率低,所以發出的電成本高,現在許多科學家在積極尋找提高利用可再生能源效率的方法,相信隨着地球資源的短缺,可再生能源將發揮越來越大的作用。

清潔能源海洋能

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海洋能指依附在海水中的可再生能源,海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量,這些能量以潮汐、波浪、温度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。
4、鹽差能
5、海流能

清潔能源太陽能

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1、光與熱的轉換。如太陽能熱水器、太陽能灶、太陽能熱發電系統等。
2、 光與電的轉換,如太陽能電池板、太陽能車、船等。
太陽能清潔能源是將太陽的光能轉換成為其他形式的熱能、電能、化學能,能源轉換過程中不產生其他有害的氣體或固體廢料,是一種環保、安全、無污染的新型能源。
開展的對太陽能綜合利用的全生命評估(LCA)結果顯示,以往的太陽能光電轉換的利用方式,由於依賴太陽能電池板這一生產過程中高污染、高耗能的材料,因此利用成本和環境代價都較高。研究的熱電在太陽能熱利用方向上。

清潔能源風能

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風能 風能
地球表面大量空氣流動所產生的動能。由於地面各處受太陽輻照後氣温變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同,因而引起各地氣壓的差異,在水平方向高壓空氣向低壓地區流動,即形成風。風能資源決定於風能密度和可利用的風能年累積小時數。風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率,與風速的三次方和空氣密度成正比關係。據估算,全世界的風能總量約1300億千瓦。風能資源受地形的影響較大,世界風能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶。在自然界中,風是一種可再生、無污染而且儲量巨大的能源。隨着全球氣候變暖和能源危機,各國都在加緊對風力的開發和利用,儘量減少二氧化碳温室氣體的排放,保護我們賴以生存的地球。
風能的利用主要是以風能作動力和風力發電兩種形式,其中又以風力發電為主。以風能作動力,就是利用風來直接帶動各種機械裝置,如帶動水泵提水等這種風力發動機的優點是:投資少、工效高、經濟耐用。

清潔能源氫能

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1、所有氣體中,氫氣的導熱性最好,比大多數氣體的導熱係數高出10倍,因此在能源工業中氫是極好的傳熱載體。
2、氫是自然界存在最普遍的元素,據估計它構成了宇宙質量的75%,除空氣中含有氫氣外,它主要以化合物的形態貯存於水中,而水是地球上最廣泛的物質。據推算,如把海水中的氫全部提取出來,它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。
氫能 氫能
3、除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,為142,351kJ/kg,是汽油發熱值的3倍。
4、氫燃燒性能好,點燃快,與空氣混合時有廣泛的可燃範圍,而且燃點高,燃燒速度快。
5、氫本身無毒,與其他燃料相比氫燃燒時最清潔,除生成水和少量氮化氫外不會產生諸如一氧化碳二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質,少量的氮化氫經過適當處理也不會污染環境,而且燃燒生成的水還可繼續制氫,反覆循環使用。

清潔能源生物能

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生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式,一種以生物質為載體的能量,它直接或間接地來源於植物的光合作用,在各種可再生能源中,生物質是獨特的,它是貯存的太陽能,更是一種唯一可再生的碳源,可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料。所有生物質都有一定的能量,而作為能源利用的主要是農林業的副產品及其加工殘餘物,也包括人畜分糞便和有機廢棄物.生物質能為人類提供了基本燃料。甜高粱是主要的生物質能,我國甜高粱最早是科學家於1965年開始培育的雅津系列甜高粱品種,甜高粱耐澇、耐旱、耐鹽鹼,適合從海南島到黑龍江地區種植,糖錘度在18-23%,每4畝甜高粱秸稈可生產1噸無水生物乙醇。我國汽油中的甜高粱生物乙醇比例佔10%。我國生物質能儲量豐富70%的儲量在廣大的 農村 ,應用也是主要在農村地區。已經有相當多的地區正在推廣和示範農村沼氣技術,技術簡單成熟,正在逐步得到推廣。 [2] 
生物能具備下列優點:
(1)、提供低硫燃料。
(2)、提供廉價能源(於某些條件下)。
(3)、將有機物轉化成燃料可減少環境公害(例如,垃圾燃料)。
(4)、與其他非傳統性能源相比較,技術上的難題較少。
至於其缺點有:
(1)、植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物,
(2)、單位土地面的有機物能量偏低,
(3)、缺乏適合栽種植物的土地,
(4)、有機物的水分偏多(50%~95%)

清潔能源地熱能

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清潔能源天然熱能

地熱能 地熱能
地熱能是由地殼抽取的天然熱能,這種能量來自地球內部的熔岩,並以熱力形式存在,是引致火山爆發及地震的能量。地球內部的温度高達攝氏7000度,而在80至100公英里的深度處,温度會降至攝氏650度至1200度。透過地下水的流動和熔岩湧至離地面1至5公里的地殼,熱力得以被轉送至較接近地面的地方。高温的熔岩將附近的地下水加熱,這些加熱了的水最終會滲出地面。運用地熱能最簡單和最合乎成本效益的方法,就是直接取用這些熱源,並抽取其能量。地熱能是可再生資源

清潔能源利用

1、200~400℃直接發電及綜合利用;
2、150~200℃雙循環發電,製冷,工業乾燥,工業熱加工;
3、100~150℃雙循環發電,供暖,製冷,工業乾燥,脱水加工,回收鹽類,罐頭食品;
4、50~100℃供暖,温室,家庭用熱水,工業乾燥;
5、20~50℃沐浴,水產養殖,飼養牲畜,土壤加温,脱水加工。
現在許多國家為了提高地熱利用率,而採用梯級開發和綜合利用的辦法,如熱電聯產聯供,熱電冷三聯產,先供暖後養殖等。
蒸汽型地熱發電
熱水型地熱發電
地熱務農
地熱行醫

清潔能源水能

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水能是一種可再生能源,是清潔能源,是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源;狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規能源,一次能源。水不僅可以直接被人類利用,它還是能量的載體。太陽能驅動地球上水循環,使之持續進行。地表水的流動是重要的一環,在落差大、流量大的地區,水能資源豐富。隨着礦物燃料的日漸減少,水能是非常重要且前景廣闊的替代資源。世界上水力發電還處於起步階段。河流、潮汐、波浪以及湧浪等水運動均可以用來發電。
包括常規能源的清潔利用,如煤的氣化液化;可再生能源如太陽能、風能水能海洋能地熱能、生物能的利用;以及新能源(如氫燃料)的開發。氫燃料的發熱值為同等重量碳的4倍,燃料產物是水,對環境無污染,是未來理想的清潔能源。

清潔能源核能

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核能(或稱原子能)是通過轉化其質量從原子核釋放的能量,符合阿爾伯特·愛因斯坦的方程E=mc²,其中E=能量,m=質量,c=光速常量。核能通過三種核反應之一釋放:1、核裂變,打開原子核的結合力。2、核聚變,原子的粒子熔合在一起。3、核衰變,自然的慢得多的裂變形式。

清潔能源優點

1.核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中,因此核能發電不會造成空氣污染
核能 核能
2.核能發電不會產生加重地球温室效應二氧化碳
3.核能發電所使用的鈾燃料,除了發電外,沒有其他的用途。
4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍,故核能電廠所使用的燃料體積小,運輸與儲存都很方便,一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料,一航次的飛機就可以完成運送。
5.核能發電的成本中,燃料費用所佔的比例較低,核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響,故發電成本較其他發電方法為穩定。

清潔能源缺點

1.核能電廠會產生高低階放射性廢料,或者是使用過之核燃料,雖然所佔體積不大,但因具有放射
線,故必須慎重處理,且需面對相當大的政治困擾。
2.核能發電廠熱效率較低,因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏,故核能電廠的熱污染較嚴重。
3.核能電廠投資成本太大,電力公司的財務風險較高。
4.核能電廠較不適宜做尖峯、離峯之隨載運轉。
5.興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。
6.核電廠的反應器內有大量的放射性物質,如果在事故中釋放到外界環境,會對生態及民眾造成傷害。

清潔能源中國現狀

核能是清潔的能源,我國已經建有的核電站分別有秦山核電站、大亞灣核電站、嶺澳核電站等。運行情況良好。是我國主要的發電來源之一,地位僅次於煤炭和水電。根據新浪網消息,我國政府近期規劃在2006年至2010年期間,將積極發展核電,重點建設百萬千瓦級核電站;遠期規劃是到2020年,每年核發電能力,從8700兆瓦,增加到4萬兆瓦,意味着2006~2020年的14年裏, 中國將增建30座核電廠。 [2] 

清潔能源飛輪儲能

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飛輪儲能是一種利用高速旋轉的飛輪存儲能量的技術。在儲能階段,通過電動機拖動飛輪,使飛輪加速到一定的轉速,將電能轉化為動能;在能量釋放階段,飛輪減速帶動電動機作發電機運行,將動能轉化為電能。典型的飛輪儲能裝置,一般包括高速旋轉的飛輪、封閉殼體和軸承系統、電源轉換和控制系統等。 [3] 
飛輪儲能具有儲能密度較高、充放電次數與充放電深度無關、能量轉換效率高、可靠性高、易維護、使用環境條件要求低、無污染等優點。但大規模的飛輪儲能系統的研製在高速低損耗軸承、發電/電動機、散熱和真空等技術上還有難度。
飛輪儲能技術主要有兩個分支,一是以接觸式機械軸承為代表的大容量飛輪儲能技術,其主要特點是儲存動能、釋放功率大,一般用於短時大功率放電和電力調峯場合。二是以磁懸浮軸承為代表的中小容量飛輪儲能技術,其主要特點是結構緊湊、效率更高,一般用作飛輪電池、不間斷電源等。 [3] 

清潔能源應對能源危機

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應對能源危機7步走
面對嚴峻的能源危機,中國將如何應對?要對能源進行戰略性的規劃和佈局,以確保我國的能源保障能力。對此,張有生提出了7點意見:
一、積極把握髮展節奏,形成高效的能源生產體系。這是我國能源戰略的優先選擇。 [4]  不能一邊拼命進口,一邊大肆浪費,這是不可持續的。從經濟學的角度來看,我們現在的需求擴張還沒有對油價上升做出足夠的反映,其中有多種原因,比如説國內依靠不斷增加的基礎設施建設投資,拉動的經濟高速增長,也拉高了石油需求。因此,要加強頂層設計和總體規劃。
二、合理利用能源,積極引導消費,控制消費總量;中國人均能源資源擁有量偏低;能源效率較低而能耗較高;化石能源特別是煤炭的大規模開發利用對生態環境造成污染;這些現狀都影響能源安全,並制約中國能源工業的發展。
這些問題是由國際能源競爭格局、中國的生產力水平所決定的,也與產業結構和能源結構不合理、能源開發利用方式粗放、相關體制機制改革滯後密切相關。需要大力推動能源生產和利用方式變革,不斷完善政策體系,方能實現能源與經濟、社會、生態全面協調可持續發展。
特別是石油的合理消費應該是我國的長期能源戰略和政策目標,需採取多種措施節約能源。從經濟學上講,無論是可循環資源還是不可循環資源,都是稀缺的,發展節約資源的循環經濟就是可以實現資源合理配置的一種經濟發展模式。
除此之外,要充分重視價格對需求的調節作用,石油輸出國採取補貼,美國放任自由發展,低税收,而歐洲和日本則採取高税收的態度來抑制過度消費。而我國既要補貼,壓低油價,又想搞節約,又想搞安全,這是兩難選擇。要積極倡導適合我國國情的,有價值的、有社會文化內容的,又是方便舒適的生活和消費方式。
三、堅定地推進能源領域改革,加快構建有利於能源科學發展的體制機制,改善能源發展環境,推進能源生產和利用方式變革,保障國家能源安全。
首先是加快能源法制建設。中國高度重視並繼續積極推進能源法律制度建設,正在研究論證制定能源法以及石油儲備、海洋石油天然氣管道保護、核電管理等方面的行政法規,修改完善《煤炭法》、《電力法》等現行法律法規,推進石油天然氣、原子能等領域的立法工作。
其次是完善市場體制機制。中國積極推進能源市場化改革,充分發揮市場配置資源的基礎性作用。凡是列入國家能源規劃的項目,除法律法規明確禁止的以外,均向民間資本開放。鼓勵民間資本參與能源資源勘探開發、石油和天然氣管網建設、電力建設,鼓勵民間資本發展煤炭加工轉化和煉油產業,繼續支持民間資本全面進入新能源和可再生能源產業。
再次,加強能源行業管理。重視能源發展的戰略謀劃和宏觀調控,綜合運用規劃、政策、標準等手段實施行業管理。
四、佈局合理,積極做好原油等資源儲備。一些措施可能要提前有所佈局,我們要從石油運輸通道,包括現在伊朗、霍爾木茲海峽提到的封鎖問題。這些因素都應該通盤考慮。我們還應該堅持能源進口的多元化方向。一方面要考慮經濟性,另一方面也要充分考慮不要把雞蛋放在一個籃子裏。
五、健全及時靈活的應急響應機制。以避免因遭受意外災害而帶來的能源供應中斷現象,提高我國能源應急反應能力。
六、協同保障,形成國際能源外援的多元化的供應體系。多樣化的能源供應體系是非常重要的,我國化石能源增加有限,要實現煤、水、石油、頁岩氣等多種能源並舉的應用體系。在能源合作上,我們應當樹立互利合作、多元發展、協同保障的新能源安全觀,統籌國際國內兩個市場、兩種資源,準確把握合作機遇,加強與周邊國家開展能源合作,在開放的格局中維護國家能源安全。同時,大力發展新的太陽能、風能、生物質能等可再生能源,要有長期的發展戰略去使它逐步地從現在比較弱小,逐漸地能夠起到實質性的替代作用。掌握最先進的核、水、電技術,推進能源多元清潔發展、培育戰略性新興產業。
七、增加我國在世界能源治理的話語權,參加並影響世界能源主體,引導世界能源市場。2012年年初,世界未來能源峯會上温家寶總理提出,“各國應考慮在G20的框架下,建立全球能源市場的新機制。”這被外界看作是在全球能源大變局之下中國高層的應對思路,在堅持立足國內的同時,為了滿足國內能源的供應缺口,中國仍將堅持實施“走出去”戰略,加強海外油氣資源的合作開發。完善國際合作體制機制,深入參與全球能源治理。加強與世界各國的溝通合作,共同應對國際貨幣體系,過度投機、壟斷經營等因素對能源市場的影響,維護國際能源市場及價格穩定。
潔淨煤是不是清潔能源還有爭議。

清潔能源發展前景

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清潔能源中國前景

未來十年,中國能源將實現兩個目標:一是到2020年非化石能源佔一次能源消費總量的比重達到15%左右;二是到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。
如今,中國已經成為全球清潔能源投資第一大國。
據2012年全球清潔能源投資報告顯示,2012年全球投資總額為2687億美元,相當於2004年的5倍。其中,中國在清潔能源方面的投資達到創紀錄的677億美元,較2011年增加20%,投資總額位居世界第一,成為全球清潔能源領頭羊。 [5] 

清潔能源國際前景

隨着世界各國對能源需求的不斷增長和環境保護的日益加強,清潔能源的推廣應用已成必然趨勢。專家預測,由於天然氣聯合循環發電具有高效、運行靈活、投資少和建設時間短等優勢,其發電佔全世界發電燃料的比例,將從2003年的19%增加到2030年的22%。2003~2030年,天然氣發電裝機容量將增加10.7億千瓦,佔全球發電裝機容量的比例將從27%增加到33%。核電發展也呈現提升勢頭。展望未來,2003~2030年,國際上核電裝機容量將從3.61億千瓦增加到4.38億千瓦。其中,中國、印度和俄羅斯核電裝機容量增加最多。全世界核電發電量將從2003年的2.5萬億千瓦時,增加到2030年的3.3萬億千瓦時。水電及其他清潔能源發電均有望提高。到2030年,聯網的水電和其他清潔能源發電裝機容量將比2003年增加5.53億千瓦。這其中,大部分的增長來自亞洲國家的大型水電。中國將是水電增加最多的國家,印度、老撾和越南都有開發水電的計劃。而受高油價等因素影響,用燃油發電佔全世界發電的比例將從2003年的10%降低到2030年的7%。
2012年9月世界經濟論壇與HIS劍橋能源研究協會聯合發佈的《2012年最新能源展望報告》指出,已有100多個國家制定了可再生能源發展目標,新能源產業的增長能夠將氣候、能源和金融領域的危機轉變為全新的可持續增長機遇,從而為世界經濟發展提供新動力。2011年全球可再生能源發電量比2010年增長了17.7%,連續8年呈兩位數增長,可再生能源發電量佔當年全球發電總量的3.8%。其中風能發電量增長了25.8%,首次超過當年可再生能源發電總量的50%。受日本福島核事故的影響,2011年全球核電總髮電量為2518太瓦時,比2010年減少了4.3% [6] 
儘管前景誘人,但要廣泛應用可再生能源發電必須有效地降低其成本。2011年5月,聯合國政府間氣候變化專門委員會發佈的一份報告指出,全球已有的可再生能源技術潛力只有2.5%得到了利用,如果這些潛力能夠在正確的公共政策支持下得到充分利用,到2050年可再生能源將能提供全球每年能源需求的77%,並能減少總量高達2200到5600噸的二氧化碳排放。報告同時指出,可再生能源的推廣在經濟性和技術方面都將面臨巨大的挑戰。 [6] 
據國際能源署預測,未來很多國家都將會採取碳定價等措施,努力減少發電過程中温室氣體的排放量,但可再生能源發電未來成本的降幅卻並不令人樂觀,如2020年海上風能發電站的均化成本為每千瓦時90美元(以2010年美元的實際價值計算),美國能源信息署預測2016年其成本為每千瓦時80到120美元。 [6] 
從發電站的均化成本來看,風能發電站(發電風速為每秒7到7.5米)為每千瓦時73美元(不包含電力輸送成本),專家預計2020年將降為每千瓦時60美元以下。2011到2012年期間建成的公用事業太陽能光伏發電站,在沒有任何補貼的情況下其成本為每千瓦時150美元,這與《通向新一代乙醇經濟》研究報告的估算基本吻合。在某些自然條件較好的地區,未來太陽能光伏發電成本可以降為每千瓦時60到120美元。美國傳統的天然氣循環發電站成本最低,為每千瓦時50到60美元。除了均化成本之外,電站規模、儲存電力的潛力等因素也同樣十分重要。 [6] 
對某些均化成本超過每千瓦時200美元的地區來説,可再生能源發電已經具備了價格優勢。據預測,未來全球範圍內風能、太陽能發電的成本將會越來越趨於經濟合算。此外,隨着高性能、低成本和耐用的儲能電池的研發,電力儲能技術將有望使中、小規模輸電網絡滿足偏遠農村地區的用電需求。 [6] 
儘管未來各種可再生能源發電成本將會持續降低,但要充分發揮其作用必須將其與現有發電方式進行有效整合,克服可再生能源發電在輸送、分配、存儲等環節的瓶頸。2050年可再生能源發電將佔全美電力供應總量的8%,即使要實現該目標的一半,依然需要在技術創新、運營程序、商業運作模式和管理措施等方面對現有電力系統進行改革。 [6] 
參考資料