文章轉(zhuǎn)載來(lái)源《觀察未來(lái)科技》

過(guò)去的一百年，是“輕松能源”的一百年——即用技術(shù)勘探、挖掘和利用這些礦產(chǎn)能源都很容易，因?yàn)樗鼈儾恍枰嗝聪冗M(jìn)的創(chuàng)新。然而，地球的資源卻是有限的，到2030年人們對(duì)能源的需求還將增加兩到三倍。但不論是從氣候角度，還是能源開(kāi)采方面，傳統(tǒng)能源的困境都不可忽視。

石油、天然氣和煤炭是不可再生能源，它們雖然可靠卻很昂貴，人類社會(huì)需要一個(gè)新的能源計(jì)劃。以應(yīng)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的人口和生產(chǎn)力需求——經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)需要能源來(lái)支撐。而從源頭上更新我們所需要的能源，使之與生命系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，比如太陽(yáng)能和風(fēng)能以及其他提到的能源，則是在能源領(lǐng)域擁有未來(lái)智慧的表現(xiàn)。

正在改變的能源格局

實(shí)際上，人類文明在利用能源方面一直不夠智慧且不顧未來(lái)。千百年來(lái)，人類把能源從土地或海洋里開(kāi)采出來(lái)，破壞風(fēng)景以攫取煤炭，燃燒石油為我們的汽車和城市提供動(dòng)力，而在這個(gè)過(guò)程中，也引起了氣候變化、污染。

一直以來(lái)，人們使用的能源，主要是化石燃料已變得越來(lái)越稀缺，成本高昂，而且對(duì)氣候的影響程度到了威脅人類生存的水平。

至于如何改變這一糟糕的現(xiàn)狀，看起來(lái)最簡(jiǎn)單的答案就是停止燃燒石化燃料，但是，但要做到這一點(diǎn)非常困難。石化燃料已經(jīng)與現(xiàn)代人的生活畫上等號(hào)，它確實(shí)在為現(xiàn)代人們的生活“加油”。另一個(gè)方法則是用“更聰明”的方式經(jīng)營(yíng)能源系統(tǒng)。多數(shù)能源系統(tǒng)的運(yùn)作基礎(chǔ)是讓能源供給跟隨能源需求，讓供需維持穩(wěn)定平衡，電力尤其如此。

不過(guò)，想要真正解決能源危機(jī)，最重要的，還是尋找石化燃料的替代能源。就發(fā)電來(lái)說(shuō)，我們可以選用低碳能源來(lái)取代石化燃料，比如可再生能源、風(fēng)力、太陽(yáng)能與生質(zhì)能源，當(dāng)然還有核能。開(kāi)發(fā)可以代替化石燃料的新能源也是近年來(lái)能源領(lǐng)域的趨勢(shì)所指。

從 2014 年開(kāi)始推廣的國(guó)際倡議行動(dòng)“RE100”就是其中一個(gè)例子。RE100 為“再生能源 （Renewable Energy）100%”的縮寫，是全球非營(yíng)利組織“氣候組織”和全球環(huán)境管理認(rèn)證機(jī)構(gòu)“碳揭露計(jì)劃”（Carbon Disclosure Project）主導(dǎo)的倡議，其目標(biāo)是在 2050 年之前讓企業(yè)用電 100%轉(zhuǎn)換成使用再生能源。

當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程涉及到各種利益關(guān)系。為了掌握新及再生能源時(shí)代的霸權(quán)，各國(guó)之間的爭(zhēng)奪戰(zhàn)和各大企業(yè)的策略時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生變化。但無(wú)庸置疑的是，人類若再不實(shí)現(xiàn)碳中和及再生能源的轉(zhuǎn)換，終將面臨能源大災(zāi)難。也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)向再生能源依然是人類面臨的首要課題。

2017 年，斯坦福大學(xué)的馬克·雅各布森教授提出了一個(gè)促進(jìn)包括美國(guó)在內(nèi)的139個(gè)國(guó)家在 2050 年之前100%使用再生能源的藍(lán)圖。他利用計(jì)算機(jī)建模證明了再生能源發(fā)電優(yōu)于傳統(tǒng)能源發(fā)電，其秘訣就在于電力的儲(chǔ)能方式。若將儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱、低溫儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫設(shè)備與再生能源發(fā)電設(shè)備結(jié)合在一起，便能以干凈的再生能源供應(yīng)所有的電能。

聯(lián)合國(guó)提出的2016至2030年的永續(xù)發(fā)展目標(biāo)中，第七項(xiàng)目標(biāo)就是使用再生資源和能源。彭博新能源財(cái)經(jīng)的《2020新能源展望》（NEO2020）預(yù)測(cè)，在接下來(lái)的三十年，將投資于新發(fā)電設(shè)備的15萬(wàn)億美元中，有80%會(huì)是太陽(yáng)能、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）等新及再生能源。此外，到了2050年，新及再生能源將為全世界提供56%的電力。

托尼·塞巴教授在《能源革命 2030》 中寫道，“石器時(shí)代會(huì)結(jié)束，并不是因?yàn)槿祟愑帽M了石頭，而是因?yàn)楦鼉?yōu)良的技術(shù)‘青銅器’取代了石器”，當(dāng)今的能源現(xiàn)狀也是如此。除了關(guān)乎化石燃料是否枯竭，隨著再生能源的發(fā)電成本在先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展下逐漸下降，全球能源資源也必然發(fā)生變化。

能源變革的主力軍

在新的再生能源中，最值得人們關(guān)注的就是“太陽(yáng)能”。

幾千年來(lái)，人類文明一直渴望利用太陽(yáng)這個(gè)取之不盡、用之不竭的火球。為了擺脫化石燃料，世界也需要利用更多的太陽(yáng)能。我們的這顆恒星產(chǎn)生的能量是最終到達(dá)地球的光束能量（陽(yáng)光）的20億倍。然而，那些光束所提供的能量卻是世界所需能量的1萬(wàn)倍以上。這意味著，從理論上講，對(duì)美國(guó)來(lái)說(shuō)，僅僅覆蓋得克薩斯州1%面積的太陽(yáng)能電池板就可以滿足全美所有的電力需求。換言之，太陽(yáng)可以讓世界能源增長(zhǎng)成千上萬(wàn)倍。

實(shí)際上，太陽(yáng)能市場(chǎng)自2000年起幾乎每年都成長(zhǎng)40%以上。如果這種趨勢(shì)持續(xù)發(fā)展下去，太陽(yáng)能很快就會(huì)在全球能源生產(chǎn)量中占100%。太陽(yáng)能的持續(xù)增長(zhǎng)，終將逐步取代化石燃料的市場(chǎng)份額。

如果中國(guó)和美國(guó)保持穩(wěn)定的需求，且發(fā)展中國(guó)家重啟因新冠疫情而被推延的太陽(yáng)能計(jì)劃，2021年全球太陽(yáng)光電裝置量將比前一年增加20%以上。彭博新能源財(cái)經(jīng)估算，2021年全球太陽(yáng)光電裝置量規(guī)模為151吉瓦到194吉瓦。若裝置量達(dá)到194吉瓦，將有望較前一年成長(zhǎng)45%以上。

韓國(guó)也將從新萬(wàn)金的大規(guī)模計(jì)劃開(kāi)始推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電事業(yè)。為了成為碳中和國(guó)家，韓國(guó)將制訂具體目標(biāo)并付諸行動(dòng)其太陽(yáng)能市場(chǎng)規(guī)模將逐漸擴(kuò)大。2020年，韓國(guó)的太陽(yáng)能市場(chǎng)規(guī)模只有3.8吉瓦，但2021年將成長(zhǎng)到超過(guò)4吉瓦。

如果全球經(jīng)濟(jì)能夠穩(wěn)定下來(lái)，2022年將會(huì)出現(xiàn)高達(dá)200吉瓦的太陽(yáng)能需求。與2017年的需求相比，這會(huì)是五年來(lái)首次增加將近2倍。

當(dāng)前，太陽(yáng)能提供了全球1/3的電力能源。到21世紀(jì)結(jié)束之前，將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能、熱能和便攜式燃料可以滿足世界上大部分的能源需求。到那時(shí)，21世紀(jì)將作為人類最終馴服太陽(yáng)的時(shí)代而被歷史銘記。

并且，未來(lái)的太陽(yáng)能技術(shù)也將不同于在當(dāng)前的硅基太陽(yáng)能光伏電池板。不可否認(rèn)，如今這些光伏電池板確實(shí)在確立太陽(yáng)能技術(shù)為可行能源方面發(fā)揮了重要作用，它們的成功也讓全球的投資者堅(jiān)信投資清潔能源項(xiàng)目是安全的。當(dāng)前，這些光伏電池板，正在從最初的笨重、外形簡(jiǎn)陋、性能極差，逐漸進(jìn)化為如今的輕巧、新穎美觀，并且具備更高的光電轉(zhuǎn)化效率。到2030年，工業(yè)打印機(jī)將開(kāi)始大量生產(chǎn)各種顏色和不同透明度的太陽(yáng)能光伏涂層。10年后，給人們的房子涂上太陽(yáng)能涂層或許將會(huì)和涂油漆一樣便宜。

雖然太陽(yáng)能已經(jīng)成為能源革命的主角，但這個(gè)舞臺(tái)仍然需要配角。在21世紀(jì)，風(fēng)能呈穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，成為太陽(yáng)能的有力補(bǔ)充。過(guò)去十年，風(fēng)力發(fā)電推動(dòng)了海洋再生能源領(lǐng)域的發(fā)展，風(fēng)能也因此被認(rèn)為是能源格局的重要變革因素之一。此外，隨著各大企業(yè)加強(qiáng)最近成為熱門話題的ESG管理，風(fēng)能也被人們認(rèn)為是生產(chǎn)綠氫的主要能源，備受人們關(guān)注。綠氫就是利用風(fēng)能電解水后產(chǎn)生的能源。

2020年，全球風(fēng)力發(fā)電安裝量較前一年增加了59.2%，以96.8吉瓦創(chuàng)下歷史新高。雖然彼時(shí)，預(yù)估風(fēng)力發(fā)電的需求會(huì)因?yàn)槭艿叫鹿谝咔榈挠绊懚陆?，但占全球需?0%的中國(guó)風(fēng)力發(fā)電安裝量較前一年增加了93.3%，全球風(fēng)力發(fā)電安裝量因此大幅增加。

與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電的安裝量仍然不夠，發(fā)電成本和安裝成本也比較高，因此仍處于市場(chǎng)初期。此外，中國(guó)和美國(guó)的安裝量占全球的82.4%，風(fēng)電安裝則集中在部分地區(qū)。并且，從長(zhǎng)期來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電的需求仍將持續(xù)增加。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)測(cè)，全球海上風(fēng)電市場(chǎng)規(guī)模還將從2019年的29.1吉瓦擴(kuò)大到2030年的177吉瓦。

地球上最豐富的能源來(lái)源

在能源變革的背景下，想要完全脫離化石燃料，首先就是增加對(duì)太陽(yáng)能的直接利用，即增加太陽(yáng)能的發(fā)電量。

研究限制氣候變化潛在方法的科學(xué)家也一致認(rèn)為，到21世紀(jì)中葉，電力行業(yè)的碳排放量必須減少80%～100%。這一目標(biāo)被稱為電力行業(yè)的“深度脫碳”。考慮到經(jīng)濟(jì)和政治因素，可再生的太陽(yáng)能和風(fēng)能顯然是完成這一重任的核心選擇。

電力行業(yè)脫碳當(dāng)然也包括其他原因。一方面，清潔電力的經(jīng)濟(jì)來(lái)源已經(jīng)存在，但是如果想要取代支撐其他行業(yè)的化石燃料卻是極其困難的。比如，在工業(yè)部門，可以替代為工廠和精煉廠供熱的煤炭和天然氣，同時(shí)又價(jià)格合理的選項(xiàng)非常有限。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，石油制品占據(jù)著核心地位，支配著各種出行工具能源消耗90%以上的份額。這些領(lǐng)域很少有替代燃料在商業(yè)上具備可行性。

電動(dòng)汽車行業(yè)規(guī)模雖小，但一直保持持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，這說(shuō)明，電力對(duì)運(yùn)輸行業(yè)來(lái)說(shuō)可能是一種可行的替代燃料。因此，電力脫碳不僅是開(kāi)始減少全球能源排放的最便捷的方法，也可能是減少其他使用非電力的部門的排放量的一種方法。

另一方面，未來(lái)，電力需求還將會(huì)迅速增長(zhǎng)。如今，世界各地已經(jīng)開(kāi)始將電力應(yīng)用于過(guò)去一直依賴于其他能源載體的項(xiàng)目。

比如，電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛驅(qū)動(dòng)方面取代了石油燃料；電動(dòng)熱泵取代天然氣用于家庭和企業(yè)供暖；在鋼鐵生產(chǎn)中，電弧爐取代了鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中使用的煤炭。此外，人口增長(zhǎng)和城市化將導(dǎo)致更多的人需要獲得現(xiàn)代能源。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)中葉，電力需求可能會(huì)翻倍。即使在最理想的情況下，即全世界大幅度提高能源效率，電力需求也會(huì)增長(zhǎng)80%。

到2050年，全球日益增長(zhǎng)的電力需求將全部或幾乎全部需要零碳能源。而其中，太陽(yáng)能能提供的能源多少就顯得非常關(guān)鍵。當(dāng)然，不管到21世紀(jì)中葉時(shí)，太陽(yáng)能能滿足世界上多少電力供應(yīng)，一個(gè)顯而易見(jiàn)的事實(shí)是，太陽(yáng)能滿足人類能源需求的最終潛力都不容小覷，因?yàn)樗堑厍蛏献钬S富的能源來(lái)源。

當(dāng)我們預(yù)測(cè)太陽(yáng)能的技術(shù)潛力，或者有多少陽(yáng)光可以轉(zhuǎn)化為能量時(shí)，受環(huán)境、地理和技術(shù)限制的影響，我們可以有100多個(gè)不同的預(yù)測(cè)結(jié)果。但是即便如此，太陽(yáng)能還是獨(dú)樹(shù)一幟，其技術(shù)能力足以供應(yīng)世界所需電力。

因此，在21世紀(jì)下半葉，最合理的目標(biāo)是讓太陽(yáng)能成為世界上的主要能源來(lái)源，滿足世界上大部分能源需求。要達(dá)到這一目標(biāo)，需要的不僅僅是將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能源的太陽(yáng)能光伏板，還需要將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為便攜式燃料和熱能的方法。另外，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還需要重新設(shè)計(jì)能源系統(tǒng)，將太陽(yáng)能與世界能源需求連接起來(lái)。

實(shí)現(xiàn)這一愿景聽(tīng)起來(lái)雖然遙遠(yuǎn)而艱巨，但馬斯克對(duì)世界將實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)卻充滿了信心。他預(yù)言：“生產(chǎn)能源的主要方式將會(huì)是太陽(yáng)能。至少太陽(yáng)能會(huì)占據(jù)一個(gè)比較高的比例，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可能會(huì)略高于50%?！?/span>