2004年6月，一家能源期刊的編輯打來電話，說最近發布了一份建造世界上最大的太陽能發電站的計劃，想聽聽我的看法。“準備建在哪兒?” 我問道，“亞利桑那、西班牙、還是北非?”其實都不對，它將位于紐倫堡的東南方，橫跨巴伐利亞鄉間的三個地區。

我說，這肯定是搞錯了。我的故鄉就在國境對面的捷克，離那兒不遠。直到今天，我都還清楚地記得，那里的夏季陰雨綿綿，我們每天都只能在屋里度過。巴伐利亞的天氣，就像是美國的西雅圖，或者中國的四川。那里根本不適合修建太陽能發電站，可德國人卻偏偏反其道而行之。這座輸出峰值為10兆瓦的發電站已于2005年6月投入使用。

促使這一切發生的，是政治背后的最大推手：金錢。在新的可再生能源的地盤上，政府補貼是王道，而消費者卻要為此買單。

除去水力和地熱發電之外，其它可再生能源還無法在不依靠政府補貼的情況下與傳統能源競爭。原因是多方面的，其中之一是較低的容量系數(即發電站的最大發電量和裝機容量的比值)。一般情況下，核電站的容量系數為90%以上，火電站的容量系數在65%到70%之間;然而，即使在晴朗的西班牙，太陽能發電站的容量系數也達不到20%;安裝在干燥陸地上的風力發電機，有25%到30%的容量系數，而安裝在近海可以達到40%。如果要利用太陽能或風力發電，就需要在相應資源充沛的地區鋪設整套電力線;同時，由于太陽能和風力的不穩定性，我們還得應對變化多端的電網負載。

雖然這些缺點人所周知，卻被新能源的擁躉和各種媒體輕易地拋諸腦后。最糟糕的是，這些鼓吹者并沒有意識到，即使新能源的優勢再顯著，推廣它們也是需要時間的。

比如，美國前副總統阿爾·戈爾在2008年提出了一項計劃，要在十年內，用新能源取代美國所有使用化石燃料的發電站。Google也有自己的計劃，那就是在2030年以前，削減掉美國的全部火電站;這項計劃提出于2008年，而在2011年宣布放棄。另一項更具野心的計劃，來自一篇2009年發布于《科學美國人》的文章，作者馬克·雅各布森(Mark Jacobson)和馬克·德魯奇(Mark Delucchi)分別是斯坦福大學的土木工程學教授和加州大學戴維斯分校研究運輸系統的學者。兩人提出，要在2030年以前，將世界上的全部能源替換為新能源。

從歷史和技術的角度來看，他們大大低估了新能源帶來的諸多問題。

發展新能源，全靠政府補貼?

德國政府在2004年提出，要在未來20年內，向太陽能發電的投資者提供每千瓦時0.57歐元的補貼(即“上網電價補貼”)。真不知道他們到底是怎么想的——當時使用其他能源的電力價格是每千瓦時0.20歐元;而美國2004年的平均電價是7.6美分，也就是每千瓦時0.06歐元。可以想象，在補貼的刺激下，巴伐利亞的太陽能發電站只是個開始。到2011年底時，德國的太陽能發電站的總裝機容量達到了25兆瓦，比全球總量的三分之一還多。當一種能源剛開始得到巨額補貼時，一切都會顯得無比順利，不過它最終還是要面對現實。今年三月，當德國國會得知本國電費在歐洲排名第二時，他們通過投票，削減了各種太陽能發電補貼，最高幅度達29%。

針對新能源的大手筆補貼，并非只在德國才有，這是全世界的常態。西班牙也曾經對風能和太陽能發電站進行過補貼，到2010年才把對大型發電站的補貼額減少了一半。2010年12月，美國因中國向風力發電機制造商提供的高額補貼，向世界貿易組織提起了訴訟。而在美國，得到最高政府補貼的能源產業既不是風電，也不是太陽能，而是生物燃料;具體地說，是用玉米提煉的乙醇。

根據美國審計總署的數據，2011年美國對乙醇制造業的稅務補貼，一共花去了納稅人61億美元。除此之外，乙醇制造業還帶來了三項隱性支出：第一，水土流失;第二，化肥中多余的硝酸鹽會隨河流進入墨西哥灣，在沿岸形成“死亡區”;第三，作為世界上最大的糧食出口國，美國把40%的玉米收成用于乙醇生產。而最大的浪費在于，用其制造出的乙醇燃料，大多數都用于低效能的乙醇動力汽車。

也許你會說，政府補貼的出發點是好的;的確，用補貼刺激新能源發展的做法早已有之。為鼓勵勘探，政府已向石油和天然氣產業提供了數十年的減稅。核電的發展完全依賴于政府提供的巨額研發經費。從1948年到2007年，核電的研發補貼幾乎占到了美國聯邦科研總支出的54%。在法國，核電獲得了國家電力公司的全力資助。沒有這些經費支持，核電在法國絕不可能發展到今天75%的占有率。但我們必須思索，對新能源的經濟補貼，是否能起到其支持者承諾的效果?

不要被這些新能源的支持者夸下的海口沖昏頭腦。他們說，只需短短幾十年的時間，這些新能源就能徹底取代化石燃料，創造出一個可靠并綠色的無碳能源系統，而且價格不會高于目前最廉價的火電系統。這樣，我們就能及時阻止大氣中二氧化碳濃度從394ppm上升到450ppm。據氣象學家預測，當二氧化碳濃度達到450ppm時，全球平均氣溫將會升高 2℃。我當然希望他們的承諾都能兌現，但我更愿意相信清晰準確的科學分析。

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被大力推動的核電。核電是第一種高度依賴政府投資和補貼發展的主要能源形式，它在美國、日本和法國不同的發展軌跡證明了這一點。

新能源產業的困境 成本與規模

多年以來，種類繁多的補貼和投機取巧的商業運作推動了新能源的發展。也正因為如此，很難判斷新能源的價格到底是否已經降至合理范圍。歐洲風能協會和美國風能協會都聲稱，風電的價格已經低于火電;而太陽能的支持者根據光伏電池成本迅速降低的走勢預測，未來太陽能電力的價格會非常低廉。

不過，另外一些分析并不支持廉價風電的說法;同時，一些研究者考慮到，要建造太陽能發電站，不僅需要光伏電池，還需要支架、換流器、電池，以及人力。這些相關物資的費用并沒有大幅降低;因此，從2000年至今，美國的太陽能電力價格并未發生顯著改變：2000年時，太陽能電力的平均價格為每千瓦時40美分;太陽能研究機構Solarbuzz的數據顯示，2012年，太陽能電力均價為：晴朗天氣每千瓦時28.91美分，多云天氣每千瓦時63.60美分。相比之下，2011年美國化石燃料發電的均價是每千瓦時11到12美分——太陽能發電還是貴得多。大規模、廣泛普及的太陽能發電時代，離我們還是有一段距離的。

再看看發電規模。從商業應用上看，風力發電比太陽能發電更成熟，可是，截至2011年底，美國的風電裝機容量為47兆瓦，只占到夏季裝機總容量的4%。由于美國風力發電的容量系數很小，2011年美國總發電量中，風電的比例只有3%。

從上世紀80年代的小型風電機至今，風電花了30年時間才取得了如此微小的占有率。與此相比，核電自從1957年投入使用以來，在30年內占據了美國總發電量的20%;燃氣發電機出現于上世紀60年代初期，30年后，它也擁有了10%的份額。

人們對風電的發展速度抱有一種錯誤的樂觀心態——這是因為，現有的增長率是從一個極小的基數算起的。從2001年到2011年，全球風力發電的總裝機量翻了6番，可是這說明不了太多問題。這種高增長率是系統早期發展時的典型狀態，尤其對于風電這種主要靠補貼來刺激發展的系統來說，情況更是如此。風力和太陽能發電的前景，還面臨著另一個變數：利用新的水力壓裂法，我們能夠從頁巖中開采出大量天然氣。目前，在美國和加拿大之外，這種采鉆技術還尚未被廣泛使用。不過，在歐洲、亞洲和拉丁美洲的許多國家，頁巖天然氣儲量都非常豐富，水力壓裂法的潛力可觀。法、德等國家禁止用這種方式開采天然氣，因為它可能會破壞環境。然而，任何新能源都會引發這種擔憂，甚至那些標榜著“綠色”的能源也是如此。此外，天然氣發電非常的高效。以燃氣輪機聯合循環發電站為例，它利用燃氣機散發的熱能來產生蒸汽，并用它來驅動一臺蒸汽發電機。而且，60兆瓦容量以內的燃氣發電機組，僅用一個月的時間就能完成安裝并投入使用;同時，它們選址靈活，可以方便地接入現有的輸電網絡。

作為碳排放兩大巨頭，中國和印度的碳排放量超過了美國。

選址與維護

大型風電場的選址常常會引起爭議。許多人要么不喜歡風電機的外形，要么討厭它們的噪音，要么擔心它們對遷徙鳥群和蝙蝠的不良影響。而有些選址在近海的風電項目也出現了這個問題。比如說，在馬薩諸塞州的馬薩葡萄園島，原計劃建造美國第一座近海風力發電場，然而由于當地居民的反對，這個項目被擱置了數年。風能的不連續性，使人們難以預估它在幾天內的發電量，而大型風電機組運作經驗的不足，又給項目帶來了更大的不確定性。我們還需要一些時間，來了解風力發電機在20到30年壽命里的穩定性，以及維修費用。

另外，要利用風力發電場的電能，我們還得鋪設大量的高壓輸電線，把它們接入電網。這可是一項既昂貴，又存在法律風險的工作。

設想一下，如果大型風力發電場都分布在風能充足，土地遼闊的美國中部大平原，那么我們還需要鋪設幾千公里的輸電線，把電能送到東西海岸用電量大的地區。當然，對于面積不大，和鄰國聯系緊密的國家來說，這并不算什么大問題;這也是丹麥在風電領域領先的原因之一。[page]

而對于美國來說，要發展風能，不僅需要鋪設新的輸電線，還要將它們接入本就不堪重負、供不應求的電網。美國土木工程師協會(American Society of Civil Engineers)在《2009年美國基礎設施現狀報告》中，對美國的能源系統給出了D+的評級。如此差評最主要的原因在于，夏季用電高峰的電力負荷，常常讓老舊的電網瀕臨崩潰。想要著手提高這個評級，需要解決的不僅僅是諸多的技術難題----基礎設施的改造項目還常會面臨政客的反對，或是遭遇“踢皮球”的尷尬局面。

歐洲各國內部的電網聯系比較緊密，但在推廣風能和太陽能時，他們也有著自己的問題。不甚樂觀的經濟前景制約了歐洲國家對新科技投資的力度。德國是歐盟最強的經濟體，也是新能源的大力支持者，可他們面對的也絕非一片坦途。在日本福島災難之后，德國決定逐步放棄核電，這意味著他們需要找到取代核電的新能源。在風能和太陽能的補貼日漸減少，國內經濟也日益蕭條的背景下，這個問題可不是那么容易解決的。

新能源的加速發展離不開政府的主導，個人或企業的力量通常都遠遠不足以能夠推廣能源產業。然而，當建設關鍵的基礎設施時，就連那些經濟實力雄厚的政府，也在日益增加的債務面前顯得有些力不從心。他們還同時需要解決醫療保險、貿易逆差、缺乏競爭力的制造業、稅收收入不足等等問題;而且，無論是歐盟還是美國政府，他們在補貼新能源的研發時，并沒有兌現他們經常掛在嘴上的承諾：創造穩定、優質的就業機會。

新舊交替的緩慢進程

新能源的最終目標在于緩解全球氣候變暖;使用風能、太陽能和生物能源，可以減少溫室氣體的排放量。不過，由于溫室氣體具有全球效應，新能源的實際效果也要從全球角度來考察。我們會發現，西方國家利用風能和太陽能減少的二氧化碳排放量，遠遠比不上中國和印度與日俱增的煤炭燃燒量。

風電在美國發展迅猛。但從歷史上科技的發展規律看，真正的挑戰還未到來。

看看這些令人震驚的數據吧：從2004到2009年，美國一共增加了28兆瓦的風電裝機量，由于容量系數不同，這相當于不到10兆瓦的火電裝機量。與此同時，中國新增的大型火電站裝機容量，是這個數字的30倍。這些新火電站的預期壽命至少為30年之久。僅在2010年一年里，中國的二氧化碳排放量就增加了8億噸，這幾乎是美國總排放量的15%;而在這一年里，美國的風電總發電量為950億千瓦時，按照理論推算，這只減少了6500萬噸的二氧化碳排放。另外，到2015年時，中國火電裝機容量還將增加200兆瓦，而美國的風電裝機量將增加30兆瓦，換算為火電裝機容量則僅有15兆瓦。當然，亞洲的煤炭消耗速度終將減緩，但即便如此，大氣中的二氧化碳濃度也不太可能控制在450ppm以下。

對于新舊能源的更迭，最被人誤解的也許就是它的速度。新能源取代舊能源是一個非常緩慢的過程----在美國，核電用了23年的時間取得了總發電量中10%的比例，而在1995年，也就是它誕生38年后，才達到了20%的份額。燃氣發電更是花了45年時間，才取得了20%的份額。

到2025年，風力發電機將迎來30歲生日。到那時，假如它在美國的發電份額能達到15%，就已經算是了不起的成功了。而對于太陽能的市場份額，即使是最樂觀的預測，也達不到這個比例的一半。尋找無碳能源是一項值得努力的目標;有朝一日，某些新能源終將占領市場。但是，想要達到這個目標，決策者不能頭腦發熱，好高騖遠。舉個不太恰當，卻非常形象的例子：讓一輛巨大的油罐車掉頭，可不是那么容易的事。

改變當今世界基于化石燃料的能源系統，是一項極其艱巨的任務。這個能源系統每年生產70億噸的硬煤和褐煤、40億噸的原油，以及3萬億立方米的天然氣，然后將它們轉化為140億千瓦時的電能。無數煤礦、油田和氣田、煉油廠、輸油管、各種運油車、加油站、發電廠、變壓器、輸電線，還有幾億部消耗著汽油、煤油、柴油，或是其他燃料油的引擎——共同組成了世界上最龐大、最昂貴的系統。這一系統的建設，花費了幾代人的時間，也消耗了數十萬億美元的金錢。

因此，無論是在10年、20年還是50年的時間里，這個系統都不可能被徹底取代。要想建設一個具有同樣規模和可靠性的新能源系統，不僅需耗時數十年，還要付出巨額的開支。這將需要未來幾代工程師的共同努力。