风能和太阳能的批评者经常担心，美国电力行业需要多少土地才能脱碳。幸运的是，答案相对较少。最近国家可再生能源实验室(NREL)的一项研究表明，它只需要美国48个州不到1%的土地，这一面积相当于甚至小于化石燃料行业目前的足迹。如果风能和太阳能项目的选址是负责任的，对环境和公共健康的影响将远远小于开采、生产和燃烧化石燃料的危害。
风能和太阳能的关键作用
报告称，可再生能源不需要过多的土地，这是一个可喜的消息，因为限制气候变化的最严重影响将要求我们到2030年将全球温室气体排放量减少大约一半，并在2050年实现净零排放政府间气候变化专门委员会．拜登政府承认美国是碳排放的主要贡献者，承诺到2030年将美国的排放量在2005年的水平上削减50%至52%。大多数的研究表明实现这些目标将需要前所未有地增加风能和太阳能发电，以实现电力部门的脱碳，并满足建筑、工业和交通部门对零碳电力取代化石燃料的日益增长的需求。
一个2022年NREL研究发现，为了实现拜登总统提出的到2030年生产80%零碳电力和到2035年生产100%零碳电力的目标，我们需要将风能和太阳能从大约14%在主要情景下，到2035年，美国电力结构的60%至75%。再加上现有无动力大坝地热和水力发电能力的适度增加，以及现有设施的升级，到2035年，可再生能源将提供美国总发电量的70%至85%。NREL预计，剩余的大部分发电将来自现有的核电站，少量来自天然气厂、碳捕获和储存、氢气和沼气。
NREL还发现，要满足对零碳电力日益增长的需求，意味着美国的总发电能力需要在2020年至2035年间增加大约两倍，其中包括2000吉瓦(GW)的风能和太阳能发电能力。这将要求到2020年，太阳能和风能的年增长率分别达到43 - 90吉瓦和70 - 145吉瓦，这意味着这两项技术的年部署速度将是目前的四倍多。
尽管在这段时间内，为所有这些新的风能和太阳能发电选址、许可和加大生产将具有挑战性，但NREL的研究和其他研究表明，这在技术和经济上是可行的。例如，大约930吉瓦的风能和太阳能发电能力以及420吉瓦的储能项目正在等待连接到输电系统的批准，劳伦斯伯克利国家实验室的研究结果．仅在今年，开发商就计划安装29吉瓦的公用事业规模的太阳能。根据美国能源情报署(EIA)最近的数据，这是目前记录的两倍多，占美国新增产能的一半以上。数据．EIA还预计，到2023年，美国的电池储能容量将增加一倍以上。
联邦通货膨胀减少法案(IRA)通过为这些技术提供数千亿美元的新激励措施也将产生重大影响。NREL的2022标准场景研究发现，这些联邦激励措施将加速风能和太阳能的部署，有助于到2030年将美国电力部门的二氧化碳排放量减少到比2005年水平低80%。
占地面积相对较小
NREL发现，到2035年，风能和太阳能基础设施直接占用的土地面积将占全国94%土地面积的不到1%，仅在三个州占土地总面积的不到或等于7%。之所以需要相对较少的土地，一个关键原因是风力发电场的总面积中只有2%被风力基础设施占用，而其余98%可用于农业、放牧或其他用途。海上风力涡轮机的占地面积也相对较小，并且能够使用比陆地项目大得多的涡轮机。与此同时，屋顶太阳能部署不需要任何土地。
当然，要将这些清洁能源从中西部和平原各州的风能丰富地区输送到东部的主要负荷中心，还需要大量额外的输电线路。NREL发现，到2035年，美国的总输电能力必须增加1.3至2.9倍。假设2026年开始建设新线路，这将需要每年新建1400至10100英里的高容量线路。
但最大的新闻是NREL发现，到2035年，实现风能、太阳能和远程输电线路的清洁能源目标所需的土地总量(19,700平方公里)。Mi)将是:
- 相当于目前铁路占用的土地面积(18,500平方公里)。mi)
- 不到一半的活跃石油和天然气租赁面积(40500平方公里)。mi)
- 不到目前乙醇生产所需面积(59,500平方公里)的三分之一。mi),
- 仅略高于历史上被破坏的煤矿开采土地面积(13100平方公里)。mi)。
此外，NREL主要的“所有选项”方案预计美国大约有25万台风力涡轮机，这远远少于美国150万口石油和天然气井。
环境和公共健康效益
然而，也许最重要的是，用风能和太阳能取代化石燃料将大大减少开采、钻探、运输、生产和使用化石燃料所需的土地数量。用于这些活动的土地，以及用于处理煤灰和其他废物的土地，往往会给当地社区带来严重的长期环境和公共卫生问题。
相比之下，风能和太阳能项目的土地使用影响往往是短期和可逆的。如上所述，风力发电场所需土地的98%可用于农业、放牧或其他生产用途。太阳能和农业共存，或者“agrivoltaic“系统可以通过改善能源和粮食生产，使农业更具可持续性。公用事业规模的太阳能项目也可以建立在以前受到干扰和污染的土地上，这些土地经过了修复，可以重新使用，包括棕地、垃圾填埋场、废弃矿山、入侵物种影响的土地、砾石坑和采石场、资源保护和恢复法案和超级基金的地点，以及退役的煤炭和天然气发电厂地点。
而且，与化石燃料不同，风能和太阳能发电不使用水，也不产生任何会污染空气、土地或水道的排放或废物。当风能和太阳能项目达到使用寿命的尽头时，它们可以被移除，土地可以很容易地恢复。
也就是说，开采一些用于风力涡轮机、太阳能电池板和电池的关键矿物可能会对土地使用产生重大影响。需要严格的政策和保障措施来避免、减少和减轻这些影响。目前，大多数此类矿产开采都发生在其他国家，但IRA和基础设施法都包括鼓励在国内采购更多此类矿产。此外，人们正在努力回收和再利用风力涡轮机部件、太阳能电池板和电池，而不是将它们扔进垃圾填埋场。(关于这些问题，请参阅最近的UCS博客）.
负责任的选址
向严重依赖风能和太阳能的清洁能源经济转型是一项重大而至关重要的任务。最大限度地减少土地使用影响将要求风能和太阳能项目负责任的选址，避免使用敏感或其他不适当的土地和水域。
幸运的是，NREL的模型在其报告和相关报告中考虑到了这一点视频：
- 对于风力发电，NREL不包括受保护的土地(如州和国家公园、保护区和水体)、城市地区和山区或复杂地形。它还考虑了州和县的倒退以及高度条例，并排除了与其他现有基础设施(如建筑物、道路、铁路和雷达)冲突的土地。
- 对于公用事业规模的太阳能，NREL还排除了美国农业部指定的“主要”或“重要”农田和农田。在大多数情况下，它还将潜在的新太阳能光伏设施限制在现有输电距离12.4英里以内的地点。
考虑到这些假设，在NREL的大多数情景下，美国本土48个州中约有29%的土地可用于风能开发，39%可用于太阳能开发。
NREL没有考虑土地使用模式的变化，包括气候变化对土地可用性的影响。但其影响是明确和鼓舞人心的:如果我们以负责任和可持续的方式发展风能和太阳能生产，土地使用需求是可控的，取代化石燃料的环境、公共卫生和土地使用效益将是巨大的。