編者按：特斯拉GIGA十億級(jí)工廠(全球最大電池廠)每年生產(chǎn)的電池僅能儲(chǔ)存相當(dāng)于美國(guó)年電力需求3分鐘的電量、太陽(yáng)能技術(shù)不存在像數(shù)字技術(shù)那樣的10倍速率改進(jìn)、再生能源必須擴(kuò)大90倍，才能在20年內(nèi)替代全球的碳?xì)浠衔锏?ldquo;新能源經(jīng)濟(jì)”的事實(shí)是令人難以接受的。
每周都會(huì)有市長(zhǎng)、州長(zhǎng)、政策制定者或?qū)＜乙桓C蜂地要求(或預(yù)測(cè))一個(gè)完全依賴風(fēng)能/太陽(yáng)能和電池的能源未來(lái)，以便從給人類(lèi)社會(huì)充當(dāng)了好幾個(gè)世紀(jì)燃料的碳?xì)浠衔?ldquo;重壓”下解脫出來(lái)。
無(wú)論對(duì)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(shí)”的能源物理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)都清楚表明了，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，不可能出現(xiàn)什么類(lèi)似于激進(jìn)“新能源經(jīng)濟(jì)”的景象。比爾·蓋茨說(shuō)過(guò)，當(dāng)涉及到理解能源現(xiàn)實(shí)時(shí)，“我們需要用算術(shù)來(lái)搞懂這個(gè)問(wèn)題。”
他這樣說(shuō)是對(duì)的。因此，在我最新的曼哈頓研究院報(bào)告《新能源經(jīng)濟(jì)：一種神奇思維的操練》中，我就是這么做的。
因此，這里是從基礎(chǔ)算術(shù)出發(fā)對(duì)一些基本事實(shí)的總結(jié)。(有關(guān)解釋、文檔和引用，請(qǐng)參閱完整的報(bào)告。)
關(guān)于能源需求尺度的現(xiàn)實(shí)
1.碳?xì)浠衔锕?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(zhǎng)度，都相當(dāng)于華盛頓紀(jì)念碑的高度。
2.碳?xì)浠衔镌谑澜缒茉词褂弥兴急壤陆盗?個(gè)百分點(diǎn)，導(dǎo)致在此期間全球用于替代能源的累計(jì)支出超過(guò)2萬(wàn)億美元;今天，太陽(yáng)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(shí)，全球需求增加量將相當(dāng)于美國(guó)總消費(fèi)量的兩倍。
4.(假設(shè))到2040年，上路的電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量增長(zhǎng)100倍，達(dá)到4億輛，將替代全球石油需求的5%。
5.可再生能源必須擴(kuò)大90倍，才能在20年內(nèi)替代全球的碳?xì)浠衔铩０雮€(gè)世紀(jì)后，全球石油產(chǎn)量“僅”擴(kuò)大10倍。
6.要在未來(lái)30年里替代美國(guó)以碳?xì)浠衔餅榛A(chǔ)的發(fā)電，需要一個(gè)以比以往任何時(shí)候都快14倍的速度鋪設(shè)電網(wǎng)的建設(shè)計(jì)劃。
7.即使取消用碳?xì)浠衔锝o美國(guó)發(fā)電(不可能很快實(shí)現(xiàn)，幾十年內(nèi)都不可能實(shí)現(xiàn))，美國(guó)70%碳?xì)浠衔锏氖褂萌栽獠粍?dòng)——美國(guó)使用了世界16%的能源。
8.效率導(dǎo)致產(chǎn)品和服務(wù)價(jià)格降低，能源需求量增加：自1990年以來(lái)，全球能源效率提高了33%，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(lái)，航空燃料使用量/客位英里數(shù)下降了70%，航空交通量增長(zhǎng)了10倍以上，全球航空燃料使用量增長(zhǎng)了50%以上。
10.效率導(dǎo)致能源需求量增加：自1995年以來(lái)，每字節(jié)耗能減少了約1萬(wàn)倍，但全球數(shù)據(jù)流量增加了約100萬(wàn)倍;全球用于數(shù)據(jù)運(yùn)算的電量飆升。
11.自1995年以來(lái)，世界能源使用總量增長(zhǎng)了50%，相當(dāng)于增加了整整兩個(gè)美國(guó)的需求量。
12.為了保障安全和可靠性，全美對(duì)碳?xì)浠衔餆o(wú)論何時(shí)都有平均2個(gè)月的儲(chǔ)存需求。今天在美國(guó)，所有實(shí)用尺度的電池加上100萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的全部電池，僅能滿足全美2小時(shí)電力需求。
13.特斯拉GIGA十億級(jí)工廠(全球最大電池廠)每年生產(chǎn)的電池僅能儲(chǔ)存相當(dāng)于美國(guó)年電力需求3分鐘的電量。
14.要生產(chǎn)足夠儲(chǔ)存2天美國(guó)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。
▲特斯拉GIGA十億級(jí)工廠
15.每生產(chǎn)10億美元飛機(jī)，在過(guò)去20年里就會(huì)消耗大約50億美元航空燃料。全球每年在新飛機(jī)上花錢(qián)超過(guò)500億美元，還在不斷增長(zhǎng)。
16.在數(shù)據(jù)中心上每花費(fèi)10億美元，就會(huì)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(guò)1000億美元，還在不斷增長(zhǎng)。
關(guān)于能源經(jīng)濟(jì)學(xué)的現(xiàn)實(shí)
17.在30年時(shí)間內(nèi)，價(jià)值100萬(wàn)美元達(dá)到實(shí)用尺度的太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電設(shè)備分別產(chǎn)生4000萬(wàn)千瓦時(shí)和5500萬(wàn)千瓦時(shí)電能：一座價(jià)值100萬(wàn)美元的頁(yè)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(shí)電能。
18.建造一座頁(yè)巖井的成本大致相當(dāng)于建造兩臺(tái)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的成本：后者每小時(shí)合起來(lái)生產(chǎn)的電能相當(dāng)于0.7桶石油，頁(yè)巖鉆井平均每小時(shí)生產(chǎn)10桶石油。
19.儲(chǔ)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?jī)?chǔ)存在電池中的成本高達(dá)200美元。
20.風(fēng)能和太陽(yáng)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(shí)世界的數(shù)據(jù)顯示了，這兩項(xiàng)指標(biāo)都要低10個(gè)百分點(diǎn)。這意味著，一臺(tái)2兆瓦300萬(wàn)美元風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，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(wàn)美元。
21.為了補(bǔ)償不穩(wěn)定的風(fēng)能/太陽(yáng)能輸出，美國(guó)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(dòng)機(jī)(大型游輪式柴油發(fā)動(dòng)機(jī));自2000年以來(lái)，新增電網(wǎng)數(shù)量是此前50年的3倍。
22.風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的容量系數(shù)以每年約0.7%的速度提高;這一微幅增長(zhǎng)主要來(lái)自每英畝渦輪機(jī)數(shù)量的減少，導(dǎo)致用于生產(chǎn)千瓦時(shí)風(fēng)能的平均土地增加了50%。
23.美國(guó)90%以上的電力以及99%交通運(yùn)輸用電力來(lái)自于但凡市場(chǎng)需要即可隨時(shí)向經(jīng)濟(jì)提供能量的能源。
24.風(fēng)能和太陽(yáng)能機(jī)器平均在25%到30%的時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)且隨需取用。
25.頁(yè)巖油氣革命導(dǎo)致天然氣和煤炭?jī)r(jià)格暴跌，這兩種燃料為美國(guó)提供了70%的電力。但電價(jià)沒(méi)有下降，自2008年以來(lái)反而上漲了20%。對(duì)太陽(yáng)能和風(fēng)能的直接和間接補(bǔ)貼抵消了這些節(jié)約。
能源物理學(xué)…難以接受的現(xiàn)實(shí)
26.政客和專家好引“登月”的豪言壯語(yǔ)。但是，讓能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，并不像把幾個(gè)人送上月球那么簡(jiǎn)單。其難度就好像把全體人類(lèi)永久性送到月球上居住。
27.常見(jiàn)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(jī)器和制造能源的機(jī)器涉及的物理原理大相徑庭;這句陳詞濫調(diào)，比起把蘋(píng)果和保齡球相提并論還要愚不可及。
28.如果太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的尺度有如計(jì)算機(jī)技術(shù)那樣，那么一張郵票大小的太陽(yáng)能電池陣列將為帝國(guó)大廈提供動(dòng)力。不過(guò)這只會(huì)發(fā)生在漫畫(huà)書(shū)里。
29.如果電池的尺度有如數(shù)字技術(shù)那樣，一本書(shū)大小的電池只要3美分就可以為飛往亞洲的噴氣客機(jī)提供動(dòng)力。不過(guò)這只會(huì)發(fā)生在漫畫(huà)書(shū)里。
30.如果內(nèi)燃機(jī)的尺度有如計(jì)算機(jī)那樣，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)就能縮小到螞蟻一般大小，產(chǎn)生一千倍的馬力;實(shí)際像螞蟻大小的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率要小10萬(wàn)倍。
31.太陽(yáng)能技術(shù)不存在像數(shù)字技術(shù)那樣的10倍速率改進(jìn)。太陽(yáng)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(jìn)。風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)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(jī)達(dá)到45%。
33.電池不存在像數(shù)字技術(shù)那樣的10倍速率改進(jìn)：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(lái)儲(chǔ)存相當(dāng)于1磅碳?xì)浠衔锏哪芰俊?br />
35.每生產(chǎn)1磅電池至少要開(kāi)采、移動(dòng)和加工100磅材料。
36.儲(chǔ)存相當(dāng)于一桶石油(300磅重)的能量需要2萬(wàn)磅特斯拉電池(價(jià)值20萬(wàn)美元)。
37.攜帶相當(dāng)于一架飛往亞洲的客機(jī)所用航空燃料的能量，需要價(jià)值6000萬(wàn)美元的特斯拉型電池，重量是這架飛機(jī)的5倍。
38.制造一組儲(chǔ)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(gè)以電池為中心的電網(wǎng)和汽車(chē)世界意味著開(kāi)采更多地球資源來(lái)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(wàn)噸石油和煤炭。
40.中國(guó)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(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生的二氧化碳，將超過(guò)更換燃油發(fā)動(dòng)機(jī)所節(jié)省的二氧化碳。
41.人們不會(huì)使用直升機(jī)進(jìn)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(huì)使用核反應(yīng)堆為火車(chē)提供動(dòng)力或完全使用光伏系統(tǒng)為一個(gè)國(guó)家提供電力一樣。
原標(biāo)題：“新能源經(jīng)濟(jì)”41個(gè)令人難以接受的事實(shí)
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