每周都會有市長、州長、政策制定者或?qū)＜乙桓C蜂地要求(或預(yù)測)一個完全依賴風(fēng)能能和電池的能源未來，以便從給人類社會充當(dāng)了好幾個世紀(jì)燃料的碳氫化合物“重壓”下解脫出來。

無論對于是否需要或何故要求能源“轉(zhuǎn)型”有什么看法，結(jié)合“尺度現(xiàn)實”的能源物理學(xué)和經(jīng)濟學(xué)都清楚表明了，在可預(yù)見的未來，不可能出現(xiàn)什么類似于激進“新能源經(jīng)濟”的景象。比爾·蓋茨說過，當(dāng)涉及到理解能源現(xiàn)實時，“我們需要用算術(shù)來搞懂這個問題。”

他這樣說是對的。因此，這里是從基礎(chǔ)算術(shù)出發(fā)對一些基本事實的總結(jié)。(有關(guān)解釋、文檔和引用，請參閱完整的報告。)

關(guān)于能源需求尺度的現(xiàn)實

1.碳氫化合物供應(yīng)占到世界總能源的80%以上：這一切如果都以石油形態(tài)存在，那么這些石油桶將從華盛頓特區(qū)一直排到洛杉磯，且這條線路每周增加的長度，都相當(dāng)于華盛頓紀(jì)念碑的高度。

2.碳氫化合物在世界能源使用中所占比例下降了2個百分點，導(dǎo)致在此期間全球用于替代能源的累計支出超過2萬億美元;今天，太陽能和風(fēng)能供應(yīng)只占全球能源不到2%。

3.當(dāng)全球40億貧困人口人均能源使用量增加到歐洲人均水平1/3時，全球需求增加量將相當(dāng)于美國總消費量的兩倍。

4.(假設(shè))到2040年，上路的電動汽車數(shù)量增長100倍，達到4億輛，將替代全球石油需求的5%。

5.可再生能源必須擴大90倍，才能在20年內(nèi)替代全球的碳氫化合物。半個世紀(jì)后，全球石油產(chǎn)量“僅”擴大10倍。

6.要在未來30年里替代美國以碳氫化合物為基礎(chǔ)的發(fā)電，需要一個以比以往任何時候都快14倍的速度鋪設(shè)電網(wǎng)的建設(shè)計劃。

7.即使取消用碳氫化合物給美國發(fā)電(不可能很快實現(xiàn)，幾十年內(nèi)都不可能實現(xiàn))，美國70%碳氫化合物的使用仍原封不動——美國使用了世界16%的能源。

8.效率導(dǎo)致產(chǎn)品和服務(wù)價格降低，能源需求量增加：自1990年以來，全球能源效率提高了33%，經(jīng)濟增長了80%，全球能源使用量增加了40%。

9.效率導(dǎo)致能源需求量增加：自1995年以來，航空燃料使用量/客位英里數(shù)下降了70%，航空交通量增長了10倍以上，全球航空燃料使用量增長了50%以上。

10.效率導(dǎo)致能源需求量增加：自1995年以來，每字節(jié)耗能減少了約1萬倍，但全球數(shù)據(jù)流量增加了約100萬倍;全球用于數(shù)據(jù)運算的電量飆升。

11.自1995年以來，世界能源使用總量增長了50%，相當(dāng)于增加了整整兩個美國的需求量。

12.為了保障安全和可靠性，全美對碳氫化合物無論何時都有平均2個月的儲存需求。今天在美國，所有實用尺度的電池加上100萬輛電動汽車的全部電池，僅能滿足全美2小時電力需求。

13.特斯拉GIGA十億級工廠(全球最大電池廠)每年生產(chǎn)的電池僅能儲存相當(dāng)于美國年電力需求3分鐘的電量。

14.要生產(chǎn)足夠儲存2天美國電力需求的電池，這家全球最大電池廠(特斯拉)需要生產(chǎn)1000年。

15.每生產(chǎn)10億美元飛機，在過去20年里就會消耗大約50億美元航空燃料。

全球每年在新飛機上花錢超過500億美元，還在不斷增長。

16.在數(shù)據(jù)中心上每花費10億美元，就會在20年內(nèi)消耗70億美元電力。

全球?qū)?shù)據(jù)中心的支出每年超過1000億美元，還在不斷增長。

關(guān)于能源經(jīng)濟學(xué)的現(xiàn)實

17.在30年時間內(nèi)，價值100萬美元達到實用尺度的太陽能或風(fēng)能發(fā)電設(shè)備分別產(chǎn)生4000萬千瓦時和5500萬千瓦時電能：一座價值100萬美元的頁巖氣井生產(chǎn)的天然氣足以在30年內(nèi)產(chǎn)生3億千瓦時電能。

18.建造一座頁巖井的成本大致相當(dāng)于建造兩臺風(fēng)力渦輪發(fā)電機的成本：后者每小時合起來生產(chǎn)的電能相當(dāng)于0.7桶石油，頁巖鉆井平均每小時生產(chǎn)10桶石油。

19.儲存一桶石油(或其按油氣當(dāng)量折合的天然氣)成本不到0.5美元，但將一桶石油等效能量儲存在電池中的成本高達200美元。

20.風(fēng)能和太陽能成本模型分別假定了41%和29%的容量系數(shù)(即它們多常發(fā)電)?，F(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)顯示了，這兩項指標(biāo)都要低10個百分點。

這意味著，一臺2兆瓦300萬美元風(fēng)力渦輪發(fā)電機，在它20年使用壽命內(nèi)產(chǎn)生的電能，比假設(shè)的要少賺300萬美元。

21.為了補償不穩(wěn)定的風(fēng)能能輸出，美國的各家公用事業(yè)公司正在使用燃燒石油和天然氣的往復(fù)式發(fā)動機(大型游輪式柴油發(fā)動機);自2000年以來，新增電網(wǎng)數(shù)量是此前50年的3倍。

22.風(fēng)力發(fā)電場的容量系數(shù)以每年約0.7%的速度提高;這一微幅增長主要來自每英畝渦輪機數(shù)量的減少，導(dǎo)致用于生產(chǎn)千瓦時風(fēng)能的平均土地增加了50%。

23.美國90%以上的電力以及99%交通運輸用電力來自于但凡市場需要即可隨時向經(jīng)濟提供能量的能源。

24.風(fēng)能和太陽能機器平均在25%到30%的時間里產(chǎn)生能量，而且只有在自然條件允許的情況下。傳統(tǒng)發(fā)電廠幾乎可以連續(xù)運轉(zhuǎn)且隨需取用。

25.頁巖油氣革命導(dǎo)致天然氣和煤炭價格暴跌，這兩種燃料為美國提供了70%的電力。但電價沒有下降，自2008年以來反而上漲了20%。對太陽能和風(fēng)能的直接和間接補貼抵消了這些節(jié)約。

能源物理學(xué)…難以接受的現(xiàn)實

26.政客和專家好引“登月”的豪言壯語。但是，讓能源經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，并不像把幾個人送上月球那么簡單，其難度就好像把全體人類永久性送到月球上居住。

27.常見的陳詞濫調(diào)是：能源技術(shù)的顛覆效應(yīng)相呼應(yīng)于數(shù)字技術(shù)的顛覆效應(yīng)。但制造信息的機器和制造能源的機器涉及的物理原理大相徑庭;這句陳詞濫調(diào)，比起把蘋果和保齡球相提并論還要愚不可及。

28.如果太陽能發(fā)電設(shè)施的尺度有如計算機技術(shù)那樣，那么一張郵票大小的太陽能電池陣列將為帝國大廈提供動力。

不過這只會發(fā)生在漫畫書里。

29.如果電池的尺度有如數(shù)字技術(shù)那樣，一本書大小的電池只要3美分就可以為飛往亞洲的噴氣客機提供動力。

不過這只會發(fā)生在漫畫書里。

30.如果內(nèi)燃機的尺度有如計算機那樣，汽車發(fā)動機就能縮小到螞蟻一般大小，產(chǎn)生一千倍的馬力;實際像螞蟻大小的發(fā)動機產(chǎn)生的功率要小10萬倍。

31.太陽能技術(shù)不存在像數(shù)字技術(shù)那樣的10倍速率改進。太陽能電池的物理極限(肖克利-奎伊瑟極限)是最大光電轉(zhuǎn)換率33%;目前商用電池的比例為26%。

32.風(fēng)能技術(shù)不存在像數(shù)字技術(shù)那樣的10倍速率改進。風(fēng)力渦輪發(fā)電機的物理極限(貝茨極限)是在氣流中最大捕獲60%的能量;商用渦輪發(fā)電機達到45%。

33.電池不存在像數(shù)字技術(shù)那樣的10倍速率改進：一磅石油的最大理論能量比一磅性能最佳的電池化學(xué)品的最大理論能量高出150%。

34.大約需要60磅電池來儲存相當(dāng)于1磅碳氫化合物的能量。

35.每生產(chǎn)1磅電池至少要開采、移動和加工100磅材料。

36.儲存相當(dāng)于一桶石油(300磅重)的能量需要2萬磅特斯拉電池(價值20萬美元)。

37.攜帶相當(dāng)于一架飛往亞洲的客機所用航空燃料的能量，需要價值6000萬美元的特斯拉型電池，重量是這架飛機的5倍。

38.制造一組儲能相當(dāng)于1桶石油的電池需要的能量相當(dāng)于100桶石油。

39.一個以電池為中心的電網(wǎng)和汽車世界意味著開采更多地球資源來獲取鋰、銅、鎳、石墨、稀土、鈷等，并在采礦和制造金屬和混凝土中使用數(shù)百萬噸石油和煤炭。

40.中國大陸在全球電池生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位，其電網(wǎng)70%的燃料為煤炭：使用這些電池的電動汽車產(chǎn)生的二氧化碳，將超過更換燃油發(fā)動機所節(jié)省的二氧化碳。

41.人們不會使用直升機進行常規(guī)的跨大西洋旅行(需要昂貴的后勤設(shè)施才可能做到)，就像不會使用核反應(yīng)堆為火車提供動力或完全使用光伏系統(tǒng)為一個國家提供電力一樣。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其它媒體的文章，目的在于弘揚科技創(chuàng)新精神，傳遞更多科技創(chuàng)新信息，宣傳國家科技政策，展示國家科技形象，參與國際科技輿論競爭，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)，在此我們謹(jǐn)向原作者和原媒體致以崇高敬意。如果您認(rèn)為本網(wǎng)文章及圖片侵犯了您的版權(quán)，請與我們聯(lián)系，我們將第一時間刪除。