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每周都會有(you)市(shi)長、州長、政策制定者或專家一(yi)窩蜂地要求（或預(yu)測(ce)）一(yi)個(ge)完(wan)全依賴風能(neng)/太陽能(neng)和電池(chi)的能(neng)源(yuan)未來(lai)，以(yi)便從(cong)給人類社會充(chong)當(dang)了好幾個(ge)世紀燃料的碳氫(qing)化合物“重(zhong)壓”下解(jie)脫出(chu)來(lai)。

無論對于是否(fou)需(xu)要(yao)或(huo)何故要(yao)求能(neng)源“轉型”有什(shen)(shen)么看法，結合“尺度現(xian)(xian)實”的(de)能(neng)源物理(li)學和(he)經濟學都清(qing)楚表明了(le)，在可(ke)預(yu)見的(de)未(wei)來，不可(ke)能(neng)出現(xian)(xian)什(shen)(shen)么類似于激進“新(xin)能(neng)源經濟”的(de)景象(xiang)。比(bi)爾·蓋茨(ci)說過，當涉及到理(li)解能(neng)源現(xian)(xian)實時，“我(wo)們(men)需(xu)要(yao)用算(suan)術(shu)來搞(gao)懂這個(ge)問(wen)題。”

他這樣說(shuo)是(shi)對的。因此(ci)，在(zai)我(wo)最新的曼哈頓研究(jiu)院報告《新能(neng)源經(jing)濟：一(yi)種神(shen)奇思(si)維的操練(lian)》中，我(wo)就是(shi)這么做的。因此(ci)，這里(li)是(shi)從基礎算術出發(fa)對一(yi)些(xie)基本事(shi)實的總(zong)結(jie)。(有關解釋、文(wen)檔和引用，請參閱完整的報告。)

關于能源需求尺度的現實

1.碳氫(qing)化合物供應占到(dao)世界總能源的(de)80%以上：這(zhe)一切如(ru)果(guo)都以石(shi)油(you)形態(tai)存(cun)在，那么這(zhe)些石(shi)油(you)桶(tong)將從華盛(sheng)頓特(te)區一直排到(dao)洛(luo)杉磯(ji)，且這(zhe)條(tiao)線路(lu)每周增加的(de)長(chang)度，都相當(dang)于華盛(sheng)頓紀(ji)念碑的(de)高度。

2.碳(tan)氫化合物在世(shi)界能源(yuan)使用(yong)中所占比例(li)下降(jiang)了2個百分點，導致在此期間(jian)全(quan)球(qiu)用(yong)于替代能源(yuan)的累計(ji)支出超(chao)過2萬億(yi)美元；今天(tian)，太陽能和風能供應只占全(quan)球(qiu)能源(yuan)不到(dao)2%。

3.當全(quan)球40億(yi)貧困人口人均能源使用量增(zeng)加到歐洲人均水平1/3時，全(quan)球需求增(zeng)加量將相當于美國總(zong)消費量的兩倍。

4.（假設）到2040年(nian)，上路(lu)的電(dian)動(dong)汽車(che)數量增(zeng)長(chang)100倍，達到4億輛，將替代全球石(shi)油需(xu)求的5%。

5.可再生能源必(bi)須(xu)擴(kuo)大90倍(bei)(bei)，才(cai)能在20年內替代全球(qiu)的碳氫化合(he)物(wu)。半(ban)個世紀(ji)后，全球(qiu)石油產(chan)量“僅”擴(kuo)大10倍(bei)(bei)。

6.要在未(wei)來30年里替代(dai)美(mei)國以碳氫化合物(wu)為基(ji)礎的發電，需要一(yi)個以比以往任何時(shi)候都快14倍的速度鋪設電網的建(jian)設計劃。

7.即使取(qu)消用(yong)碳氫化合物給美國(guo)發電(不可(ke)能(neng)很快實現(xian)，幾(ji)十年內都(dou)不可(ke)能(neng)實現(xian))，美國(guo)70%碳氫化合物的使用(yong)仍原封(feng)不動(dong)——美國(guo)使用(yong)了(le)世界16%的能(neng)源(yuan)。

8.效(xiao)率導(dao)致產品和(he)服務(wu)價格降低，能源(yuan)(yuan)需求量增加：自1990年以來，全(quan)球能源(yuan)(yuan)效(xiao)率提(ti)高了33%，經濟增長了80%，全(quan)球能源(yuan)(yuan)使用量增加了40%。

9.效(xiao)率導致能源需(xu)求(qiu)量增(zeng)加：自1995年以來，航(hang)空燃(ran)料(liao)(liao)使(shi)用(yong)量/客位英里數下(xia)降了(le)70%，航(hang)空交(jiao)通量增(zeng)長了(le)10倍(bei)以上，全球航(hang)空燃(ran)料(liao)(liao)使(shi)用(yong)量增(zeng)長了(le)50%以上。

10.效率導(dao)致(zhi)能源(yuan)需求量(liang)(liang)增加(jia)：自(zi)1995年(nian)以來(lai)，每字(zi)節(jie)耗能減少了約1萬倍，但全球數據流量(liang)(liang)增加(jia)了約100萬倍；全球用于數據運算的電量(liang)(liang)飆升(sheng)。

11.自(zi)1995年以來，世界能源使用總量增(zeng)長了(le)50%，相當(dang)于增(zeng)加了(le)整整兩(liang)個(ge)美(mei)國的(de)需(xu)求量。

12.為了保障安(an)全和(he)可靠性，全美(mei)對碳氫化合(he)物無論(lun)何時都有(you)平均2個月的儲(chu)存需求(qiu)。今天在美(mei)國，所有(you)實用尺度的電池加上100萬輛電動(dong)汽車的全部(bu)電池，僅能滿足全美(mei)2小時電力需求(qiu)。

13.特斯拉GIGA十億級工廠(全球最(zui)大電(dian)池廠)每年(nian)生(sheng)產的電(dian)池僅能儲(chu)存相當于美國年(nian)電(dian)力需求3分鐘(zhong)的電(dian)量。

14.要生(sheng)產足(zu)夠儲存(cun)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(sheng)產1000年(nian)。

▲特斯拉GIGA十(shi)億級(ji)工廠

15.每生產10億美元(yuan)飛(fei)機(ji)，在(zai)過去(qu)20年里就會消耗大約50億美元(yuan)航(hang)空(kong)燃料。全球(qiu)每年在(zai)新飛(fei)機(ji)上花錢超過500億美元(yuan)，還在(zai)不斷增長。

16.在(zai)數據(ju)(ju)中心上每(mei)花費10億(yi)美(mei)元(yuan)(yuan)，就會在(zai)20年內消耗70億(yi)美(mei)元(yuan)(yuan)電力。全球對數據(ju)(ju)中心的支(zhi)出每(mei)年超過1000億(yi)美(mei)元(yuan)(yuan)，還在(zai)不斷增長。

關于能源經濟學的現實

17.在(zai)(zai)30年時(shi)間(jian)內，價(jia)值(zhi)(zhi)100萬美元(yuan)達到實用尺(chi)度(du)的太陽能或風能發電(dian)設備(bei)分別產生4000萬千瓦(wa)時(shi)和5500萬千瓦(wa)時(shi)電(dian)能：一座價(jia)值(zhi)(zhi)100萬美元(yuan)的頁巖(yan)氣井生產的天然氣足以在(zai)(zai)30年內產生3億千瓦(wa)時(shi)電(dian)能。

18.建(jian)造(zao)一座(zuo)頁(ye)巖(yan)井(jing)的成本大致相當于(yu)建(jian)造(zao)兩臺風力渦輪發電(dian)機(ji)的成本：后者每小(xiao)時合起來生產的電(dian)能相當于(yu)0.7桶(tong)石油，頁(ye)巖(yan)鉆井(jing)平均每小(xiao)時生產10桶(tong)石油。

19.儲(chu)存一桶石油(you)（或其按油(you)氣(qi)當量(liang)折合的天(tian)然氣(qi)）成(cheng)本不到0.5美(mei)元，但(dan)將一桶石油(you)等效能量(liang)儲(chu)存在電池中的成(cheng)本高達200美(mei)元。

20.風(feng)能(neng)和(he)太陽能(neng)成本模(mo)型分(fen)別假定了(le)41%和(he)29%的容量系數(即它們(men)多常發(fa)電(dian))。現實世界的數據顯示了(le)，這(zhe)兩項指標都(dou)要(yao)低10個百分(fen)點。這(zhe)意(yi)味著，一臺2兆瓦300萬美(mei)元風(feng)力渦輪(lun)發(fa)電(dian)機，在它20年使用壽命內產生的電(dian)能(neng)，比假設的要(yao)少賺300萬美(mei)元。

21.為了補(bu)償不(bu)穩定的(de)(de)風能/太陽能輸(shu)出，美國的(de)(de)各(ge)家公用事業公司正在使用燃(ran)燒石油(you)和天然氣的(de)(de)往復式發動(dong)機(大(da)型游輪(lun)式柴油(you)發動(dong)機)；自2000年以來，新(xin)增電網(wang)數量是此(ci)前50年的(de)(de)3倍。

22.風(feng)力發電場的(de)容量系(xi)數以每年約(yue)0.7%的(de)速(su)度(du)提高(gao)；這一微幅增(zeng)長主要來自每英畝渦輪(lun)機數量的(de)減少(shao)，導(dao)致用于生產千瓦時風(feng)能的(de)平(ping)均土地增(zeng)加了50%。

23.美(mei)國90%以(yi)上的電力(li)以(yi)及99%交(jiao)通運輸用電力(li)來自(zi)于但凡市場需要即可隨時向(xiang)經濟提供(gong)能量的能源。

24.風能和太陽能機器平均在25%到30%的(de)時間里產生(sheng)能量，而且(qie)只(zhi)有在自然條件允許的(de)情況下。傳(chuan)統發電廠幾乎(hu)可以連(lian)續運轉且(qie)隨需取(qu)用。

25.頁巖油氣(qi)革命導致天然氣(qi)和(he)煤炭(tan)價(jia)(jia)格暴跌，這(zhe)兩種燃料為美(mei)國提供了(le)(le)(le)70%的(de)電力。但電價(jia)(jia)沒有(you)下降，自2008年以(yi)來反(fan)而上漲了(le)(le)(le)20%。對(dui)太(tai)陽能和(he)風能的(de)直接和(he)間(jian)接補貼抵消了(le)(le)(le)這(zhe)些節約。

能源物理學…難以接受的現實

26.政客(ke)和(he)專(zhuan)家好引“登月(yue)”的豪言壯語。但是，讓能源(yuan)經濟轉型，并不(bu)像把幾個人(ren)(ren)送(song)上月(yue)球那么簡單。其難度就(jiu)好像把全體人(ren)(ren)類永久(jiu)性送(song)到月(yue)球上居住(zhu)。

27.常見的(de)(de)(de)陳詞(ci)濫調是(shi)：能源技術(shu)的(de)(de)(de)顛覆效(xiao)應相呼應于(yu)數(shu)字技術(shu)的(de)(de)(de)顛覆效(xiao)應。但制(zhi)(zhi)造信息(xi)的(de)(de)(de)機器和(he)制(zhi)(zhi)造能源的(de)(de)(de)機器涉及的(de)(de)(de)物理(li)原理(li)大相徑庭(ting)；這(zhe)句(ju)陳詞(ci)濫調，比起把(ba)蘋果和(he)保齡球相提并(bing)論還要愚不可(ke)及。

28.如(ru)果太陽能發(fa)電(dian)(dian)設施的尺(chi)度有如(ru)計算機技術那(nei)樣，那(nei)么一張郵票大小的太陽能電(dian)(dian)池陣列將為帝國大廈提供動力。不(bu)過這(zhe)只(zhi)會發(fa)生在(zai)漫畫書里。

29.如(ru)果電(dian)池的(de)(de)尺度有如(ru)數字技(ji)術(shu)那(nei)樣，一本(ben)書大小的(de)(de)電(dian)池只(zhi)要3美分(fen)就可以(yi)為飛往亞洲的(de)(de)噴氣客機提供動力(li)。不(bu)過(guo)這只(zhi)會發生在(zai)漫畫(hua)書里(li)。

30.如果內燃機(ji)的(de)尺度有(you)如計算機(ji)那(nei)樣，汽車(che)發(fa)動(dong)機(ji)就(jiu)能縮小到(dao)螞(ma)蟻一(yi)(yi)般(ban)大小，產(chan)生(sheng)一(yi)(yi)千倍的(de)馬力；實際像(xiang)螞(ma)蟻大小的(de)發(fa)動(dong)機(ji)產(chan)生(sheng)的(de)功(gong)率要小10萬倍。

31.太(tai)陽能技術(shu)不存(cun)在像數字技術(shu)那樣的(de)(de)10倍速率(lv)改(gai)進。太(tai)陽能電池的(de)(de)物理極限（肖(xiao)克利-奎伊瑟極限）是最大光(guang)電轉換率(lv)33%；目前商用電池的(de)(de)比例為26%。

32.風能技術不存在(zai)像數(shu)字(zi)技術那樣的(de)(de)10倍速率改進。風力(li)渦輪發(fa)電機的(de)(de)物理極限(貝(bei)茨極限)是在(zai)氣流中最大(da)捕獲60%的(de)(de)能量；商用渦輪發(fa)電機達到45%。

33.電(dian)池不存在(zai)像數字技術那(nei)樣的(de)(de)10倍速率(lv)改進：一(yi)磅石油的(de)(de)最(zui)大理論(lun)能量比一(yi)磅性(xing)能最(zui)佳的(de)(de)電(dian)池化學品的(de)(de)最(zui)大理論(lun)能量高(gao)出150%。

34.大(da)約需(xu)要60磅電(dian)池(chi)來儲(chu)存相(xiang)當于1磅碳(tan)氫化合(he)物(wu)的能量。

35.每(mei)生產1磅電池至少要(yao)開采、移動和加工(gong)100磅材料。

36.儲存相當于(yu)一桶石油(300磅重)的能(neng)量需要2萬磅特斯(si)拉電池(chi)(價值20萬美元)。

37.攜帶相當于一(yi)架飛(fei)往亞洲(zhou)的(de)(de)客機所(suo)用(yong)航(hang)空燃(ran)料的(de)(de)能量，需要價值6000萬美元的(de)(de)特斯(si)拉型電池，重量是這(zhe)架飛(fei)機的(de)(de)5倍(bei)。

38.制造一組儲能(neng)相當(dang)于(yu)1桶石油(you)的電池需要的能(neng)量相當(dang)于(yu)100桶石油(you)。

39.一(yi)個以電(dian)池為中心的(de)電(dian)網(wang)和(he)汽車世界(jie)意味著開采更(geng)多(duo)地球資源來獲(huo)取鋰、銅、鎳、石(shi)墨、稀土、鈷等(deng)，并在采礦和(he)制造(zao)金屬和(he)混(hun)凝土中使用數百(bai)萬噸石(shi)油(you)和(he)煤炭。

40.中國(guo)大陸在(zai)全(quan)球電池(chi)生產中占據主導地位(wei)，其(qi)電網70%的(de)燃(ran)料為(wei)煤炭：使用這些電池(chi)的(de)電動汽車產生的(de)二氧化碳，將(jiang)超過更換燃(ran)油發動機所(suo)節省(sheng)的(de)二氧化碳。

41.人們不會使(shi)用直升(sheng)機進行(xing)常規的(de)跨(kua)大西洋旅行(xing)（需要(yao)昂貴的(de)后勤設施才可(ke)能(neng)做(zuo)到），就像不會使(shi)用核反(fan)應堆為火車提供動(dong)力(li)或完全使(shi)用光伏系(xi)統為一個國家提供電力(li)一樣(yang)。