【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】
來源：SerendipityCamp
懶惰的巨變
德語中的die Wende表示逐漸地轉向的意思，也可以表示突然的U型調頭。
在這個詞被應用於能源領域之前，最常用的是後面的這個意思，用來描述1989年東德所發生的那件事情。
德國人的民族信仰，更具有反工業化，崇尚自然主義，浪漫主義的特徵。儘管德國人期望自己成為快速實現脫碳的典範，但這註定是一個曠日持久的過程。
優秀的轉換效率，卓越的生產力（從不到1W微機電到工業GW級供能），無與倫比的靈活性（甚至只需要撥動開關），多種原因促成了電力成為當今人類首選的能源形式，並成為支持現代文明運行的必需品。
只有在運輸方面，電力還沒有為全部關鍵領域做好準備，而其中的一些領域，短期的未來也不會被電力所覆蓋（比如航空和遠洋運輸，乃至於太空運輸）。
新概念靚麗光環的背後，人們不得不再次提起那句拉丁語格言：日光之下沒有新鮮事。
歷史失敗的教訓還歷歷在目：皮肯斯計劃，谷歌能源計劃的失敗，就是人們高估新能源發展而導致誤判的典型案例。
我們以前認為隨著當今新能源技術的穩步發展，我們或許可以避免帶來災難性的氣候變化，但是我們現在知道這個願望脫離了實際。
問題是，要將對流層的平均溫升控制在2攝氏度以內的話，我們還無法精確計算化石燃料的二氧化碳排放空間還有多少，因此我們只是武斷地給出了一個上限，並將其作為全球能源政策的最高準則。
另一方面，則是現實的依賴，短期內，我們無法擺脫對化石燃料的依賴，長期來說，完全取代化石燃料仍然挑戰重重：
2004−2014年的十年間，德國電力生產二氧化碳排放量僅下降了5.4%（德國聯邦環境署，2016），而同期美國電力生產的排放量下降了12.9%（美國能源情報署，2016），是德國的兩倍。
美國沒有強制性的脫碳目標，僅僅是依靠市場的力量來驅動能源轉型，其脫碳效果反而要比德國高度吹捧的國家能源轉型計劃更加有效。
這個無奈的現實讓德國情何以堪？
解鈴還須繫鈴人，回看歷史，我們意識到，某個技術是否能大規模的應用與其自身的性能息息相關：
-
對基礎技術和工藝是否具備充分的科學認知？
-
是否有合適的高性能材料？
-
材料的供給量是否可以滿足需求？
-
生產工藝是否滿足所需的用量和質量？
-
基礎設施的建設是否周期過長？
-
是否存在大規模競爭的市場？
世界上沒有一蹴而就的事情。
我們需要時間籌集資金。
需要時間實現大規模的資源開採和轉換。需要時間建設大量的基礎設施將能源推向全球市場。
往往這些執行層面的技術和經濟問題都被人們輕而易舉地忽視了。
百年之前的1900年，我們已經有了大量的汽油，但是沒有大量的汽車，沒有大量的艦船支撐全球貿易
我們已經有了電力，但是沒有任何家用電器，沒有消費類電子產品
我們已經有了能源密集型工業，但是沒有氨的合成工業（氨工業是地球能養活70億人的關鍵原因之一）
從發明，創新到大規模商業普及通常會有一個很長的時間跨度，因為能力所限，人們需要花費很長的時間來完善新發明產方法和技術基礎。
過去的能源轉型都刺激了技術的進步，並為發明創造提供了前所未有的機遇。
同時，新能源帶來了巨大的挑戰，廢棄舊設施，興建新設施，重組生產和運輸方式。所有這些活動都成本昂貴，曠日持久，造成嚴重的社會經濟秩序混亂。
能源，材料，和運輸的這些基礎保障了現代文明的正常運作，但也限定了其作用範圍。這些基礎穩步提升，但其性能最多每年增加1%-3%，這些基礎的輸入成本和長期下降也是穩步和緩慢的。
對一些基本的能源生產過程和轉換過程來說，比如煤炭的地表開採和專列運輸，油輪運輸原油，煉油廠處理燃料，火電廠的渦輪發動機組或長距離輸電電壓，在過去的幾十年中，它們的最佳性能，最大額定值，單位容量都沒有或者只有極少的提升。
能源的惰性讓人類步履維艱。
能源七宗罪
能源轉型歷史還表明了，很多意料之外的情況會對新能源及新能源轉換技術的經濟可行性，公眾接受度，以及政府的支持產生很大的影響。
這種影響會改變人們對新能源的應用或普及速度，甚至會出現技術的倒退。
這不是危言聳聽！
要知道，在能源行業里，過去50年里，人類已經至少經歷了七種類型的「意外」。
這就是我們要歷數的七宗罪：
1.能源價格出現不可預測的變化。比如1973-1981全球原油價格上漲，然後又是雪崩式的下跌。
2.全球能源市場突然出現新的主要消費者。比如中國從1980年開始，從石油出口國，轉變為2009年開始的全球最大能源消耗國。
3.對某些之前認為是有效且有價值的方法失去信心，即突然擁抱某些有問題的或者不成熟的技術，但是又同樣地拋棄這些技術。比如核能發電一度被認為是解決電力短缺的終極方案；比如加拿大巴拉德動力系統公司在2000年至今研發投入高達10億美元，在經歷了第一輪氫燃料動力的熱潮後，2016年光芒散盡經歷低谷，一度決定放棄開發這一技術（更戲劇性的是，此後氫燃料電池技術又在全世界範圍內炙手可熱了，巴拉德甚至壟斷了全球超過70%的氫燃料電池份額）。
4.能源的使用對環境產生長期影響。比如，酸沉降在1980年是西歐和美國環境方面首要擔心的問題，而隨著燃料脫硫，低硫燃料的發展，這個問題被淡化。另外中國對於煤炭的大量消耗雖然有酸沉降的問題，但這裡的人們卻更在乎全球變暖帶來的問題。
5.前所未有的經濟危機。比如2008年的經濟危機讓美國很多能源目標和期望脫離了預定的軌道。
6.財政管理不善。其影響很大，轉型可能被推遲或終止（政府給予整個能源產業或某些特定能源的補貼，也會給能源開發帶來影響，這些干預措施花銷巨大，形式各不相同，有的項目支持的堅定程度令人難以置信），比如從上世紀50年代開始，核聚變研究已經花費了數百億有些產業支持和信貸供應很不穩定，可能幾年後就被削減撤銷，一開始的樂觀很快就被懷疑取代。可再生能源發電，生物替代燃料領域都是重災區。美國在乙醇路線上的支持從2005年開始，但是2015就已經大幅收縮了，中國在2000-2014年，燃煤發電建設浪潮總計投資超過了1萬億美元，這些發電廠預計要使用至少30-35年才能收回成本。
7.政府不斷希望支持新潮的解決方案，但這些方案的長期影響能力有限，甚至沒有效果。比如20世紀70年代美國核能擴張離不開人們對這一技術的巨大期望，人們希望液態金屬快中子增殖反應堆的快速發展，能夠實現20世紀90年代完全取代化石燃料，但在1978年，這一技術路線即被放棄，目前仍沒有任何一座液態金屬快中子增殖反應堆正式服役；20世紀70年代，全球水電大壩建設經歷了巔峰的十年，可在2010，世界銀行竟然不願意給任何新的水利項目發放貸款了。
七宗罪帶給我們的啟示是：能源轉型不是由一個簡單的因素引發的。
在歷史的觀點下，能源轉型甚至需要特定事件的序列才能實現——少了任何一個環節，或者因為不可預見的時間造成推廣的延遲，都會導致截然不同的結果，並極大地延長轉型的過渡周期。
液化天然氣的發展就是一個很好的例子，表明了轉型之路的艱難。
液化天然氣的普及經歷了四個階段：
1.天然氣液化技術的發明和商業化：1852-1895
2.建立液化天然氣的供應鏈（液化—油輪運輸—再氣化）：1915-1959
3.提高液化總量和液化天然氣油輪的運載能力，從而降低成本：1964-2015
4.讓更多國家進口並使用天然氣，擴建大型終點站，輸氣主幹線和配氣管道：1984-至今
液化天然氣經歷了無數的艱難險阻，才漫步來到我們面前：克服第一代液化天然氣系統的高昂建設成本，歐佩克控制能源價格上漲，伊朗政治因素，美國政府放鬆油氣價格的國家干預，低廉頁岩氣開採和原油價格下跌等等，每一項阻礙都有可能中斷能源發展的進程。
如今，液化天然氣產業已經涵蓋遍布四大洲的超過30個進出口國家，貿易額占國際天然氣貿易的32%，交易方式也很靈活，傳統長期合同與現貨市場購買並存，這種能源形式已經站穩了腳跟。
液化天然氣的歷史清楚地表明了，具有創新性的理論概念變為現實技術的可能性，以及推動這些技術進步，降低其成本並普及創新成果，直到最終形成新的能源產業，需要長達幾十年甚至上百年的時間跨度。
如果液化天然氣占據天然氣能源供給絕大部分份額，又要多久呢？
如今經濟停滯不前，能源價格下跌，已擬定的液化天然氣項目頻頻取消，導致液化天然氣的發展再次放緩，從任何一個角度來看，液化天然氣的發展史都完美詮釋了主要能源轉型的兩大內在屬性——複雜性和多變性。
引擎依賴症
在新世紀裡，一個頗為常見的思想誤區，便是認為正在進行的能源轉換速度要比過往轉型的速度快得多。這一誤解來自於將能源轉型（鐵板一塊的熱力學定律）與現代電子產業發展（尚未達到普朗克尺度的摩爾定律）的不恰當類比。
在電子產業里，英特爾占全球微處理器的市場份額接近80%，但它也只有10個生產基地。全世界也只有300個高品質晶矽生產基地。
如此少的生產設施與能源或汽車製造業的情況截然不同。
假設把全球材料的5%用在能源產業里，數千個大型煤礦和火電站，大型油輪和天然氣運輸船；數萬個大型變壓器，水電站和油田；數十萬個加油站；數百萬公里長的石油管道，天然氣管道，高壓輸電網...
這些基礎設施的材料包含的能量，根據國際能源署的測算，就等價於至少15億噸原油的能量了。看到這個數字，你覺得投資人會在收回投資成本並產生效益之前，簡單地跟這些基礎設施說再見嗎？
2010年-2015年，光伏發電增長了6.7倍，但2015-2020的周期里，預期僅會增加0.3倍。這還是發展飛快的光伏產業，與摩爾定律相差甚遠。
光伏電池的效率提升非常緩慢，美國國家可再生能源實驗室對單晶的最佳轉換率做了測算，非聚光型電池與薄膜太陽能電池轉換效率的平均年增長率只有1.6%和3.8%。也就是說，市面上普通的太陽能電池性能要實現翻倍，需要18-44年。
風能也面臨同樣的問題，在可以預期的未來，其他發電技術的發電量都無法達到GW的級別，摩爾詛咒的迷惑力，無法施用在能源行業。
一個國家的風能和太陽能裝機總容量可以輕易地大於化石燃料的裝機總容量，但由於可再生能源固有的低容量係數特性，導致了其發電量的占比不會超過所有一次能源發電總量的20%。
截止目前，風力發電和太陽能發電都沒有進入真正意義上的全球性擴張階段。
全世界目前最多的燃油發動機，是轎車和輕型卡車上使用的內燃機，更具體地說，是以汽油為燃料的火花塞點火發動機，以及在汽車，重型卡車，火車，輪船和重型機械上使用的柴油發動機。
截止2015年，這些機器的總數量接近15億，總裝機容量超過150TW！
純電驅動是汽油和柴油發動機的唯一對手，但其大規模普及被多次延後，從如此浩大的替換總量上，你就能夠明白，如果讓電動汽車作出較大貢獻，需要多大的增長量（至少要達到新車銷量或在用車輛的10%），而目前，這個數據還不到1%，因此，純電驅動不會在短期內完全取代內燃機。
瑞典在2015年宣布，將在2050年成為世界上「首批擺脫化石燃料的福利國家之一」。問題是，如果瑞典打算在其國境線以內不燒石油，那麼瑞典就無法通過空運或貨櫃貨輪和散裝船進口任何東西，因為要全球運輸業到2050年完全停止使用液體燃料幾乎是不可能的。
難道瑞典會要求把所有的進口貨物用生物燃料卡車從歐盟運送到它的國境線上，再用騾子拉過邊境嘛？
目前，柴油發動機廣泛應用於繁忙的公路，鐵路運輸，大容量遠洋運輸方面更是完全占據了主導地位。目前還沒有其它發動機可以替代柴油發動機，核心就在於，沒有一款引擎能在成本，服務，可靠性，耐用性上與柴油機匹敵。
還有統治航空業的殺手鐧：燃氣輪機。基於類似的理由，短期內它也無法被替代。事實上，從20世紀60年代開始，燃氣輪機就已經主導了全球的空運市場。
被問及世界上最重要的連續工作的原動機時，大部分人都不會想到另外一種引擎：蒸汽輪機。蒸汽輪機被安裝在化石燃料發電站及核電站內，供應了全世界70%的電力，沒有哪種引擎能夠產型類似的容量（最高單機容量高達1.75GW），效率（大於40%）和可靠性。
他們都不會消失。究其原因，要麼是沒有同樣有效且可靠的替代品（發電，航空航海），要麼是替代品無法迅速完成更替過程。
電動汽車是描述後者的一個絕佳案例。考慮到上述未來電池化學所面臨的眾多基本挑戰，並考慮到新電池材料和概念的上市時間從10年到20年不等，對未來技術商業化時間表的預測需要更加謹慎。
要知道，人類對傳統引擎的依賴要比一次能源的依賴更加嚴重。
如果燃料的轉型以十年的跨度計算，那麼原動機則以代（20-30年）計算比較好。因此，可再生能源轉換對運輸業的影響，在很長時間內都會局限在生產內燃機的燃油替代品上。
馬爾凱蒂宿命論
當前全球範圍內，能源系統主要是在數量相對有限的地點集中式開採高能量密度的燃料，然後分散出去使用。
而未來如果要大規模採用可再生能源的話，能源系統就必須轉變為在全球大量地區收集低能量密度的能源，再把它們集中用於人口日益增長的能源消費中心地區。
可再生能源占用廣袤的土地，功率係數也低。
如果美國全部電力由可再生能源替代，國土面積則需要再擴張25%-50%，二沒過利用化石燃料，水能核能發電的規劃僅占用了0.5%的國土面積。
全新的能源系統需要全新的能源供給管理和保障。
我們的住宅，工業和服務於燃油車的交通基礎設施，都是化石燃料時代的產物。如果利用可再生能源驅動化石燃料的基礎設施（包括運輸也），就必須把分散的能源集中起來，以彌補兩到三個數量級的功率密度差異。
比如，要充分利用電力這種相對分散取得的能源，來滿足擁有較高功率密度要求的汽車產品，這種不匹配意味著，如果一定要建立一個基於電力的生態，就必須要進行深度的空間重組建設，而這會帶來重大的環境和社會經濟影響。
近期，中期範圍內，我們的選擇都將受限於技術創新和社會適應的速度。曾經的轉型經驗表表明，能源轉型取代化石燃料，需要長達幾代人的努力，大量昂貴的現有能源基礎設施和原動機都存在極大的慣性，而建設新的轉換設備和新的輸配電網絡又需要很多的時間和資本投資。因此未來的幾十年里，大多數現代化國家的一次能源供給必將依然極大的受限於化石燃料。
世界上從不缺乏例外。快速的能源轉型也是存在的。但通常出現在國土面積較小的國家。
無論人口稀少，還是人口密度很高，無論是富裕國家，還是不發達經濟體，只要它發現某中蘊藏豐富的新型一次能源，它們就能快速發展這種能源，並在不到一代人的時間裡完成能源基礎的轉型。
1959年，荷蘭斯洛赫特倫市發現了一座巨大的天然氣田——格羅寧根氣田，並隨後實現了快速能源轉型。
1938年，科威特在布爾干意外發現了白堊統砂岩上的世界第二大的超級油田，一代人的時間就步入了現代社會。
相反，對於大型經濟體而言，尤其是有著相對較高人均能源需求的國家，由於已經建設了與其燃料需求相匹配的廣泛基礎設施，因此無法迅速地實現能源替代。
英國大力推動儲糧豐富的近海地區天然氣發展，但花了30年的時間仍無法達到荷蘭在10年內取得的成果。
日本能源近乎完全依賴化石燃料的海運進口，儘管其造船技術一流，但其液化天然氣能源替代速度之慢，與其世界第二的經濟排名毫不相符。
馬爾凱蒂曾經說過這樣一段話：
一種能源的宿命似乎從其兒時就已註定。發展的趨勢，經歷了戰爭，經歷了野蠻的價格震盪，經歷了大蕭條，卻依舊安然無恙。即使探明了一次能源儲藏的最終可用總量，似乎也無法對替代速度產生任何影響。
儘管存在戰爭，經濟停滯和快速增長等重大幹擾，但能源系統好像自帶一張日程表，一封遺囑和一座時鐘，它能夠消化掉所有干擾，「具有充分的彈性，其發展趨勢完全不受外力影響「
能源變革已經日益成為日常的口頭禪，而鋰電池和氫能源，正迎來全新的挑戰和較量。這不由得讓人思考：它們是否能夠打破馬爾凱蒂的宿命論呢？
免責聲明：以上內容轉載自北京國際能源專家俱樂部，所發內容不代表本平台立場。
全國能源信息平台聯繫電話：010-65367702，郵箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝陽區金台西路2號人民日報社