作者：Steven Shackell
2001 年，美国消耗的能源中有 86% 来自化石燃料，而可再生能源仅占 5.3%。时至 2022 年，化石燃料所占比例下降到 79%，而可再生能源则增长到 13%，详见 Statista。随着全世界都在努力应对气候变化和温室气体排放的影响，寻求可持续的替代能源变得越来越重要。
化石燃料能源采集历来包括开采煤炭和钻探石油，而这两种能源都是有限的资源。目前，替代能源采集技术是一种前景广阔的选择。本文探讨了各种形式的可持续替代能源采集方法，包括我们熟悉的太阳能、风能和水能，以及新兴的替代能源，如地热能、波浪能和振动能。
水电能源是如何采集的？
迄今为止，水电是产量最高的可再生能源。2020 年，水力发电量超过 4000 兆瓦时，占全球发电量的 17%。水力发电是利用水的重力势能，通过水力涡轮机将筑坝的水流通过来发电。有关水电站大坝如何运作的更多信息，请阅读我们的文章水力发电的优势。
今天，中国在水电市场上占据主导地位。根据国际能源署的数据，水电供应量占中国总用电量的近 8%，占全球水电装机容量的近 40%。世界上最大的水电站三峡大坝横跨中国长江。此外，撒哈拉以南非洲、东南亚和拉丁美洲计划中的水电扩建项目有近 70% 将由中国水电企业建造、投资或拥有。未来十年，水电对全球可再生能源发电的贡献将继续增长，远远超过其目前的发电能力。
风能发电机
风能发电机将空气流动的动能转化为电能，既可在局部范围内使用，也可在大范围内使用。风能收集在全球范围内被广泛采用，其能源生产量超过了太阳能系统。
小型发电机，如 Thames Kosmos Wind Power Kit 可以产生足够的电能，为 LED 供电或为小型电池充电。与此同时，世界上最大的风力涡轮机有 50 层楼那么高，刚刚创造了新的单日风力发电记录，发电量达到 384.1 MW。这台风力涡轮机在 24 小时内产生的电力足够近 17 万户家庭使用。在全球范围内，风能是仅次于水能的第二大能源生产。
太阳能
太阳能发电机将太阳辐射转化为可用的直流电。目前，太阳能已成为主流电力来源，在商业建筑、住宅顶部和庞大的独立阵列中都可以看到太阳能电池板。尽管对大多数美国人来说，太阳能可能是最显而易见的可再生能源，但它目前在全球可再生能源中排名第三。
Panasonic 的 AM-5610CAR-T 等太阳能电池可用于小规模发电，为小型电子设备供电。我们最常见的是将太阳能电池组合成太阳能电池板。然后，这些太阳能电池板可以连接成光伏太阳能电网，其规模可以与化石燃料发电相媲美。将所有太阳能转换到电网的是太阳能逆变器，它使用功率半导体，如 onsemi 的 NTH4L022N120M3S
。中国是全球太阳能发电的领头羊，根据国际能源机构 (IEA) 的数据，发电量占全球发电量的 37.5%。中国的太阳能发电量也超过了排在其后的七个主要国家：美国、日本、印度、德国、澳大利亚、西班牙、意大利。
地热能源采集
地热能利用地球内部的热量发电。地热发电厂将水抽到地下深处，经过自然加热后转化为蒸汽，再通过蒸汽涡轮机发电。这种能源采集方法排放的温室气体极少，但仅限于有地热活动的地区。
美国的地热能源生产居世界领先地位，其中加利福尼亚州是地热能源利用率最高的州。在冰岛、萨尔瓦多、新西兰、肯尼亚和菲律宾等国，地热在电力总需求中占很大比例。在冰岛，地热能满足了 90% 以上的供暖需求，尽管不是通过发电。然而，地热能并不是主流能源，在全球可再生能源发电中仅占 0.5%。
潮汐能和波浪能采集
在沿海国家/地区，从海浪中获取能量是可再生能源发电的新领域。海洋能源既可利用水下涡轮机，也可利用潮汐浮标，但 2022 年的发电量仅为 524 MW。法国和韩国的发电量居世界首位，分别为 211 MW 和 256 MW
。然而，欧盟计划到 2030 年将波浪和潮汐发电量增加到 1 GW，并希望到 2050 年达到 40 GW。一些专家认为，波浪和潮汐流产生的能量可满足全球 10% 以上的电力需求，但人们担心这些设备会对海洋生态系统产生负面影响。另一些专家则认为，海浪和潮汐发电装置可以同时充当微型生态系统，藻类可以从大气中收集二氧化碳，贝类可以清洁海洋。
替代能源的演变
从化石燃料向替代能源和可持续能源的过渡正在顺利进行，各国采用的情况千差万别。拥有丰富资源的国家 — 冰岛的地热、法国的海浪 — 开发的技术被其他地方模仿和采用。全球都在致力于减少对有限的、破坏环境的化石燃料的依赖，从中可以看到能源采集方法的演变。在未来几十年里，替代能源采集技术将得到更广泛的采用，为实现更可持续的能源未来铺平道路。
