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每周都(dou)會(hui)有市長(chang)、州長(chang)、政策制(zhi)定(ding)者或專(zhuan)家一窩蜂地要求(qiu)（或預測(ce)）一個(ge)完(wan)全依賴(lai)風能(neng)/太陽能(neng)和電池的能(neng)源未(wei)來(lai)(lai)，以便(bian)從給(gei)人類社會(hui)充(chong)當了好幾個(ge)世(shi)紀燃料的碳氫化合物“重壓”下解脫(tuo)出來(lai)(lai)。

無論對于是否(fou)需要或(huo)何故要求能源(yuan)(yuan)“轉(zhuan)型”有(you)什么(me)看法，結合“尺度(du)現(xian)實”的(de)(de)能源(yuan)(yuan)物理(li)學和經濟(ji)學都清楚(chu)表明了，在(zai)可(ke)預見的(de)(de)未來(lai)，不可(ke)能出現(xian)什么(me)類似于激進(jin)“新能源(yuan)(yuan)經濟(ji)”的(de)(de)景象。比(bi)爾·蓋茨說(shuo)過，當涉及到理(li)解能源(yuan)(yuan)現(xian)實時，“我(wo)們需要用算術來(lai)搞懂這個問題。”

他這(zhe)(zhe)樣說是(shi)對的(de)(de)(de)。因此，在我最新的(de)(de)(de)曼哈頓研究院報(bao)告《新能源經濟：一(yi)種神奇思(si)維的(de)(de)(de)操(cao)練(lian)》中，我就是(shi)這(zhe)(zhe)么做(zuo)的(de)(de)(de)。因此，這(zhe)(zhe)里是(shi)從基礎算術(shu)出發(fa)對一(yi)些基本事實的(de)(de)(de)總結。(有關解釋、文(wen)檔和引用，請參閱完整(zheng)的(de)(de)(de)報(bao)告。)

關于能源需求尺度的現實

1.碳氫化合物供(gong)應占到(dao)世界總(zong)能源的(de)80%以上：這一(yi)切如(ru)果都以石油形(xing)態存在(zai)，那么這些石油桶將(jiang)從華(hua)盛頓(dun)特區一(yi)直排到(dao)洛杉磯，且(qie)這條線路(lu)每周增加的(de)長度，都相當于華(hua)盛頓(dun)紀(ji)念碑的(de)高度。

2.碳氫化合(he)物在(zai)世界能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)使用中所占比(bi)例(li)下(xia)降了2個百(bai)分點，導致在(zai)此期間全球(qiu)用于替代能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的累計支出(chu)超(chao)過2萬億美元；今天，太陽能(neng)(neng)和風能(neng)(neng)供應只(zhi)占全球(qiu)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)不到2%。

3.當(dang)全球40億貧困人(ren)口(kou)人(ren)均(jun)能源使用量(liang)(liang)增加到歐洲人(ren)均(jun)水(shui)平1/3時(shi)，全球需求增加量(liang)(liang)將相(xiang)當(dang)于美國(guo)總消費量(liang)(liang)的兩(liang)倍。

4.（假(jia)設）到2040年，上(shang)路的電動汽(qi)車數量增長100倍，達到4億(yi)輛，將替代全球(qiu)石油(you)需求的5%。

5.可再生能源(yuan)必(bi)須擴大90倍(bei)，才能在20年(nian)內替代全球的(de)碳氫化(hua)合物。半個世紀后，全球石(shi)油(you)產量“僅(jin)”擴大10倍(bei)。

6.要在未(wei)來30年(nian)里替代美國(guo)以碳氫化合物為基礎的(de)發電，需要一個以比以往(wang)任何時候都快(kuai)14倍的(de)速度鋪設電網的(de)建設計劃。

7.即使(shi)取消用(yong)碳氫(qing)化合物給美國(guo)發電(dian)(不可能很快實現，幾十年(nian)內都不可能實現)，美國(guo)70%碳氫(qing)化合物的使(shi)用(yong)仍原(yuan)封不動——美國(guo)使(shi)用(yong)了世界16%的能源。

8.效率導致產(chan)品和服務(wu)價格降低，能源需求量增(zeng)加：自1990年以來，全(quan)球能源效率提高了(le)33%，經濟增(zeng)長了(le)80%，全(quan)球能源使用量增(zeng)加了(le)40%。

9.效(xiao)率導致能源需求量增加：自1995年以(yi)來，航(hang)空(kong)(kong)燃料使(shi)用量/客位英(ying)里數下降了70%，航(hang)空(kong)(kong)交通量增長(chang)了10倍(bei)以(yi)上，全球航(hang)空(kong)(kong)燃料使(shi)用量增長(chang)了50%以(yi)上。

10.效率導致能源需求量增加：自1995年以來，每字節耗能減少了約(yue)1萬倍，但全(quan)球數(shu)據(ju)(ju)流量增加了約(yue)100萬倍；全(quan)球用于數(shu)據(ju)(ju)運算的(de)電量飆升(sheng)。

11.自1995年(nian)以(yi)來，世界能源(yuan)使用總量增長了(le)50%，相當于(yu)增加了(le)整(zheng)(zheng)整(zheng)(zheng)兩(liang)個美(mei)國的(de)需求量。

12.為(wei)了保障安全(quan)和可靠性，全(quan)美對碳氫化合物無(wu)論何時(shi)都有平均2個月的儲存需求(qiu)。今天(tian)在美國，所有實用尺度的電(dian)(dian)池加上100萬輛電(dian)(dian)動汽車(che)的全(quan)部電(dian)(dian)池，僅能滿足全(quan)美2小時(shi)電(dian)(dian)力需求(qiu)。

13.特斯拉GIGA十億級(ji)工廠(chang)(全球最(zui)大電池廠(chang))每年生產的電池僅(jin)能儲存相當于美(mei)國(guo)年電力(li)需求3分(fen)鐘的電量。

14.要生產足夠(gou)儲存2天美國電(dian)力需求的電(dian)池，這(zhe)家全球最大電(dian)池廠（特斯拉(la)）需要生產1000年。

▲特斯(si)拉GIGA十(shi)億(yi)級工(gong)廠

15.每生產10億(yi)美元(yuan)飛機，在(zai)過去20年里就會消耗(hao)大約(yue)50億(yi)美元(yuan)航空燃(ran)料。全球(qiu)每年在(zai)新飛機上花錢超(chao)過500億(yi)美元(yuan)，還在(zai)不斷增長。

16.在數(shu)據中(zhong)心(xin)(xin)上(shang)每花(hua)費10億美(mei)(mei)元，就會在20年(nian)內消(xiao)耗(hao)70億美(mei)(mei)元電(dian)力。全球對(dui)數(shu)據中(zhong)心(xin)(xin)的支出每年(nian)超過1000億美(mei)(mei)元，還在不斷增(zeng)長。

關于能源經濟學的現實

17.在(zai)30年(nian)(nian)時(shi)(shi)間內，價(jia)值100萬美元(yuan)達(da)到實用尺度的太(tai)陽能(neng)或風能(neng)發電(dian)設備分別產(chan)(chan)生4000萬千(qian)瓦時(shi)(shi)和5500萬千(qian)瓦時(shi)(shi)電(dian)能(neng)：一座價(jia)值100萬美元(yuan)的頁巖氣(qi)井生產(chan)(chan)的天然氣(qi)足以在(zai)30年(nian)(nian)內產(chan)(chan)生3億千(qian)瓦時(shi)(shi)電(dian)能(neng)。

18.建(jian)造(zao)一(yi)座(zuo)頁巖井(jing)(jing)的成(cheng)本大(da)致相(xiang)當于建(jian)造(zao)兩臺風力渦輪發電機的成(cheng)本：后(hou)者每小時合起來生產的電能相(xiang)當于0.7桶石油，頁巖鉆井(jing)(jing)平均(jun)每小時生產10桶石油。

19.儲存一桶石(shi)油（或其按(an)油氣(qi)當量(liang)折合的天然(ran)氣(qi)）成本不到0.5美元，但將一桶石(shi)油等效(xiao)能量(liang)儲存在電池中(zhong)的成本高達200美元。

20.風能和太陽(yang)能成本(ben)模型(xing)分(fen)別(bie)假(jia)(jia)定了(le)41%和29%的容量(liang)系數(shu)(即它們(men)多常發電(dian)(dian))。現實世界的數(shu)據顯示了(le)，這(zhe)兩項指標都要(yao)低10個(ge)百分(fen)點。這(zhe)意(yi)味著，一臺2兆瓦(wa)300萬美元(yuan)風力渦(wo)輪發電(dian)(dian)機，在它20年使用壽命內產生的電(dian)(dian)能，比假(jia)(jia)設的要(yao)少(shao)賺300萬美元(yuan)。

21.為了補償不(bu)穩(wen)定的風能/太陽能輸出，美國的各家公用(yong)事業公司正在使(shi)用(yong)燃燒石油和(he)天然(ran)氣的往(wang)復式發(fa)動機(ji)(大型(xing)游輪式柴油發(fa)動機(ji))；自2000年以(yi)來，新增電網數量是(shi)此前(qian)50年的3倍。

22.風力發電場的(de)容量系數(shu)以每(mei)年約0.7%的(de)速度提(ti)高；這一微(wei)幅(fu)增長主要來自每(mei)英畝渦輪機數(shu)量的(de)減(jian)少，導致用于生產千瓦時風能的(de)平均土地增加了50%。

23.美國(guo)90%以(yi)上(shang)的(de)電(dian)力以(yi)及(ji)99%交(jiao)通運輸用電(dian)力來(lai)自于但凡市場需要即(ji)可(ke)隨時向(xiang)經濟(ji)提(ti)供能(neng)量的(de)能(neng)源。

24.風(feng)能(neng)(neng)和太陽能(neng)(neng)機(ji)器平均在25%到30%的(de)時間里產生(sheng)能(neng)(neng)量，而且只有在自然條(tiao)件允許的(de)情況(kuang)下。傳統(tong)發電廠幾乎可以連續運轉且隨(sui)需取用。

25.頁(ye)巖(yan)油氣革命導致(zhi)天然氣和(he)煤炭(tan)價(jia)格暴跌，這(zhe)兩種燃料為美國(guo)提供了(le)70%的電力。但(dan)電價(jia)沒有下降，自2008年以來(lai)反而(er)上漲了(le)20%。對太陽能(neng)(neng)和(he)風能(neng)(neng)的直接和(he)間(jian)接補貼抵消了(le)這(zhe)些(xie)節(jie)約。

能源物理學…難以接受的現實

26.政(zheng)客和(he)專家好(hao)引“登月”的(de)豪言壯(zhuang)語(yu)。但是，讓能(neng)源經濟轉型(xing)，并不(bu)像把幾個人送上月球那么簡單(dan)。其難(nan)度就好(hao)像把全體人類永久性送到月球上居住(zhu)。

27.常見的陳(chen)詞(ci)濫調是：能源技(ji)術的顛覆效應相(xiang)(xiang)呼應于數字技(ji)術的顛覆效應。但制造信息的機(ji)器和制造能源的機(ji)器涉及的物(wu)理(li)(li)原理(li)(li)大相(xiang)(xiang)徑(jing)庭；這句陳(chen)詞(ci)濫調，比起把蘋果和保齡(ling)球相(xiang)(xiang)提并論還要愚不可及。

28.如(ru)果太陽能(neng)發電設施的尺度有如(ru)計算(suan)機技術那(nei)(nei)樣，那(nei)(nei)么一張郵票(piao)大小的太陽能(neng)電池陣列將為帝國(guo)大廈(sha)提(ti)供(gong)動力。不(bu)過這只會發生(sheng)在漫畫(hua)書里(li)。

29.如(ru)果電池的(de)尺(chi)度(du)有如(ru)數字(zi)技(ji)術那樣(yang)，一本書(shu)大小的(de)電池只要3美(mei)分(fen)就可以為飛往亞洲的(de)噴氣客機(ji)提供(gong)動力(li)。不過這只會發(fa)生在漫畫書(shu)里。

30.如(ru)果內燃機(ji)(ji)(ji)的尺度(du)有如(ru)計(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)那樣(yang)，汽車發(fa)動機(ji)(ji)(ji)就能縮小(xiao)到螞蟻一般大小(xiao)，產生(sheng)一千倍(bei)(bei)的馬(ma)力(li)；實際(ji)像螞蟻大小(xiao)的發(fa)動機(ji)(ji)(ji)產生(sheng)的功(gong)率要小(xiao)10萬倍(bei)(bei)。

31.太陽能技術不存在像數字技術那樣的(de)10倍速率(lv)改(gai)進。太陽能電(dian)池(chi)的(de)物理極(ji)限(xian)（肖克(ke)利-奎伊瑟極(ji)限(xian)）是最大光電(dian)轉換率(lv)33%；目前商用電(dian)池(chi)的(de)比(bi)例為26%。

32.風能技術不存在像數字技術那樣的10倍(bei)速(su)率改進。風力(li)渦輪發電機的物理極限(xian)(貝茨極限(xian))是在氣流中最大捕獲60%的能量；商用(yong)渦輪發電機達到(dao)45%。

33.電池不存在像(xiang)數字技術那樣的10倍速率改進：一(yi)(yi)磅石油的最(zui)(zui)(zui)大(da)理論(lun)能(neng)量(liang)(liang)比(bi)一(yi)(yi)磅性能(neng)最(zui)(zui)(zui)佳的電池化學品(pin)的最(zui)(zui)(zui)大(da)理論(lun)能(neng)量(liang)(liang)高(gao)出150%。

34.大約需要(yao)60磅(bang)電(dian)池來儲存相當于1磅(bang)碳氫(qing)化合(he)物(wu)的能量。

35.每生產1磅電池至少要開采、移動和加工100磅材料。

36.儲存相當于一桶石(shi)油(300磅重)的能量(liang)需要2萬(wan)磅特斯拉電(dian)池(價值20萬(wan)美元)。

37.攜帶相當于一(yi)架(jia)(jia)飛(fei)往亞洲(zhou)的(de)客機(ji)所用航空(kong)燃(ran)料(liao)的(de)能量，需要價值6000萬美(mei)元的(de)特斯拉(la)型電池，重量是這架(jia)(jia)飛(fei)機(ji)的(de)5倍。

38.制(zhi)造(zao)一組(zu)儲能相當于(yu)1桶(tong)石油的電池需(xu)要的能量相當于(yu)100桶(tong)石油。

39.一(yi)個以電(dian)池為中(zhong)心(xin)的電(dian)網和(he)汽車(che)世(shi)界意味著(zhu)開(kai)采更多地球資源來獲(huo)取鋰、銅、鎳(nie)、石墨、稀土、鈷(gu)等，并在采礦和(he)制造金(jin)屬和(he)混凝土中(zhong)使用數百萬噸石油和(he)煤炭(tan)。

40.中國大陸在全球電(dian)(dian)池(chi)(chi)生(sheng)產中占據(ju)主導地位，其電(dian)(dian)網70%的(de)燃料為煤炭(tan)：使用這(zhe)些電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)電(dian)(dian)動(dong)汽車產生(sheng)的(de)二(er)(er)氧化碳，將超過更換燃油發動(dong)機所節省的(de)二(er)(er)氧化碳。

41.人們不會(hui)(hui)使用(yong)(yong)直升機進行(xing)常規的跨大(da)西(xi)洋(yang)旅(lv)行(xing)（需(xu)要昂(ang)貴的后(hou)勤設施(shi)才可能做到(dao)），就(jiu)像不會(hui)(hui)使用(yong)(yong)核反(fan)應堆為火(huo)車提(ti)(ti)供動力或(huo)完(wan)全(quan)使用(yong)(yong)光伏系(xi)統(tong)為一個國家提(ti)(ti)供電(dian)力一樣(yang)。