以上和你分享的內(nèi)容主要來自我的老師和斯坦福大學(xué)普雷考特能源研究中心主任崔屹教授，以及華山資本創(chuàng)始合伙人楊鐳先生的談話.

  前言：崔屹教授獲得了美國能源領(lǐng)域的最高學(xué)術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)2021年的勞倫斯獎(jiǎng)，勞倫斯這個(gè)名字來自于美國著名科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者歐內(nèi)斯特·勞倫斯，這個(gè)獎(jiǎng)專門表彰在能源領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的學(xué)者。崔教授十幾年前就開始系統(tǒng)地研究新能源問題，因此從他那里得到的信息應(yīng)該是具有很高的權(quán)威性的。

1.清潔能源最大的問題是成本？

太陽能和風(fēng)能發(fā)電的成本是否能夠做到和煤炭發(fā)電差不多的水平呢？（楊鐳先生問）
畢竟，如果太陽能和風(fēng)能能夠和煤炭能源一樣廉價(jià)，那么煤炭發(fā)電在碳排放上的巨大劣勢(shì)就可以克服掉了

崔教授回答是，如果單純比較發(fā)一度電的成本，再考慮到用煤發(fā)電需要進(jìn)行的二氧化碳捕獲以及其他的環(huán)保費(fèi)用，今天其實(shí)太陽能發(fā)電的成本已經(jīng)和煤電差不多了。

今天，太陽能發(fā)電的成本比20年前已經(jīng)下降了好幾倍，主要有三個(gè)原因：

第一，太陽能板的壽命提高了，從過去的10年左右提高到了20年以上。這樣每度電的成本就降低了一半。

第二，太陽能板的制造成本下降了。

第三，光電轉(zhuǎn)化效率的提升，大約從過去的15%提升到了20%。別看增幅只有5%，算相對(duì)增長的話，單位面積能發(fā)的電就比之前增加了1/3，這相當(dāng)于又把成本降低了1/4。

但無論是生活還是在生產(chǎn)中，需要考慮的不是單純發(fā)一度電的成本，而是需求方獲得一度電的成本。那么就需要計(jì)算很多其他的因素，包括輸電的成本、電能入網(wǎng)的比例等等。這樣算下來，太陽能和風(fēng)能發(fā)電就沒有那么便宜了。

因?yàn)檫m合太陽能發(fā)電的地方大多是距離城市較遠(yuǎn)的曠野甚至荒漠，而在高人口密度的城市中，太陽能發(fā)電的效率并不高，也就是說電發(fā)出來了，還需要經(jīng)過長途的運(yùn)輸才能送到使用者手里，這個(gè)輸電成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的火電廠。

太陽能發(fā)電的另一個(gè)問題是，發(fā)出來的很多電其實(shí)入不了電網(wǎng)，只能浪費(fèi)掉。如果發(fā)出來的每兩度電只有一度能入網(wǎng)，太陽能發(fā)電的成本就要乘以二。大家平時(shí)都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，白天太陽能發(fā)電設(shè)備在全力運(yùn)轉(zhuǎn)，但此時(shí)我們的用電量其實(shí)是比較小的，那些太陽能發(fā)出來的電如果無法儲(chǔ)存下來就只能浪費(fèi)掉；到了晚上沒有太陽了，我們卻開始大量用電。

對(duì)于這個(gè)問題我的老師問崔教授，能不能在白天多用太陽能，減少火電的使用，把節(jié)省下來的燃料主要用于晚上發(fā)電。崔教授講，美國的加州現(xiàn)在已經(jīng)在這樣做了。但是電網(wǎng)的管理是一件極為復(fù)雜的事情，如果沒有大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)備，每天太陽日照最強(qiáng)時(shí)所發(fā)的電，還是會(huì)浪費(fèi)掉很多。

目前，加州太陽能和風(fēng)能等可再生能源每天所發(fā)的電可以夠當(dāng)?shù)厥褂么蠹s4小時(shí)，大概占總用電量的20%。在這個(gè)階段，儲(chǔ)能的問題并不突出，因?yàn)榘滋彀l(fā)的電基本上白天就用完了，剩不下多少。

但如果太陽能的發(fā)電量進(jìn)一步增加，比如增加到40%，白天峰值時(shí)期發(fā)的電就用不完了，就必須有大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)電才能保證不浪費(fèi)。到那時(shí)，如果要把太陽能和風(fēng)能發(fā)的一半電用鋰電池儲(chǔ)存下來，大約要投入230億美元。注意，這不是一次性投資，因?yàn)殡姵厥窍钠?，目前的鋰電池的壽命只?年，和我們手機(jī)電池的壽命差不多。

儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)是什么？

那么能否提高電池的儲(chǔ)電能力，或者大幅度降低電池的成本呢？崔教授講，在電池領(lǐng)域可沒有摩爾定律，單位容量電池價(jià)格每年下降的速度只有3%左右，最終提升的空間可能也不會(huì)超過一倍。崔教授的這個(gè)判斷應(yīng)該說很有權(quán)威性了，之前信里也說過，崔教授在學(xué)術(shù)界成名就是靠著在納米電池上的研究成果。

早在2008年，崔教授就發(fā)明了以硅代替石墨做負(fù)極材料的鋰電池，從理論上講這能夠?qū)㈦姵氐哪芰棵芏龋ㄒ簿褪菃挝毁|(zhì)量或單位體積所儲(chǔ)存的電能）提升好幾倍。2014年，崔教授在電池材料上的研究成果被《科學(xué)美國人》評(píng)為當(dāng)年“十大改變世界的技術(shù)”，同年他也被路透社評(píng)為世界排名第一的材料科學(xué)家。

但即便是站在世界電池技術(shù)最前沿的崔教授，對(duì)各種新型電池容量的成倍提升也不樂觀，他認(rèn)為，能夠?qū)㈦姵氐哪芰棵芏仍偬岣咭槐犊赡芫鸵呀?jīng)是極限了。崔教授透露，其實(shí)有不少人希望給他提供研究經(jīng)費(fèi)，研制出能量密度增加一個(gè)數(shù)量級(jí)（也就是10倍）的電池，但崔教授認(rèn)為這是一種妄想。

當(dāng)然，有人可能會(huì)想世界上材料那么多，是不是將來科技發(fā)達(dá)了，我們就能找到新材料來做電極，制造出能量密度很高的電池呢？對(duì)于這個(gè)問題，目前能夠給出的回答也是否定的，換言之，短時(shí)間內(nèi)基本不可能。

電池單位質(zhì)量的能量密度取決于材料的兩個(gè)性質(zhì)。

第一個(gè)是材料密度，材料密度越小，造出來的電池越輕。而鋰是最輕的金屬，因此用它做電池同樣重量電池的能量密度就更高。

第二個(gè)因素是材料的一種化學(xué)特性，被稱為標(biāo)準(zhǔn)電極電位，通俗地講就是這種材料能產(chǎn)生多少電。金屬鋰同時(shí)也是電極電位絕對(duì)值最大的金屬之一，絕大多數(shù)化學(xué)元素都不如鋰。也就是說自然界的元素不管怎么配，要取代鋰幾乎是不可能的。

對(duì)于未來可能的新型電池，崔教授提到了一種用氧氣和鋰作為正負(fù)極的電池，這是理論上能夠達(dá)到最高能量密度的元素配對(duì)了，理論上可以將電池的能量密度提高5-15倍左右，這種電池也被稱為鋰空氣電池。但它目前只存在于理論上和實(shí)驗(yàn)室里。崔教授認(rèn)為，投入應(yīng)用之后，鋰空氣電池能夠比現(xiàn)有的鋰電池提高一倍的儲(chǔ)電效率，人們就應(yīng)該滿意了。

崔教授在這里有一段感慨，他說每次大家談到新能源、新電池時(shí)都特別興奮，但是真正投入進(jìn)去做一段時(shí)間的工作后就會(huì)知道，要在目前的基礎(chǔ)上提升效率，無論是發(fā)電還是儲(chǔ)能，難度都很大。

如何系統(tǒng)性地看待新能源技術(shù)發(fā)展？

問崔教授：如果把新能源技術(shù)看作一個(gè)系統(tǒng)，應(yīng)該如何發(fā)展呢？崔教授強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)：首先是要將儲(chǔ)能看作新能源發(fā)電體系的一個(gè)重要部分，不能只重視發(fā)電，忽視儲(chǔ)能。

其次，在降低儲(chǔ)能成本方面，主要要依靠延長電池的壽命。因?yàn)殡姵氐膬r(jià)格難以降低，容量難以提升，但如果使用壽命能提高一倍，儲(chǔ)能成本就降低了一半。沿著這個(gè)思路，目前鋰電池發(fā)展的道路可能就需要重新探索。

具體來說，目前鋰電池的技術(shù)路線之爭主要存在于這兩種路線之間：一是發(fā)展三元鋰電池，二是繼續(xù)改進(jìn)傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池。

三元鋰電池中使用了鎳鈷錳三種元素，因此叫做“三元鋰電池”。這個(gè)方向近幾年比較熱門，目前國內(nèi)的媒體幾乎一邊倒地認(rèn)為三元鋰電池更好，因?yàn)樗哪芰棵芏雀?，我們今天大部分手機(jī)里面用的都是三元鋰電池。

但是三元鋰電池有兩個(gè)致命的弱點(diǎn)：可充電次數(shù)少，性質(zhì)不穩(wěn)定，在300攝氏度以上的環(huán)境中就可能出問題。充電次數(shù)少，就造成了儲(chǔ)電的成本上升。性質(zhì)不穩(wěn)定，就容易爆炸。

相比之下，磷酸鐵鋰電池在600攝氏度以下都能保持穩(wěn)定的性質(zhì)，而且可充電次數(shù)是三元鋰電池的兩倍以上。也就是說，在電池壽命上，磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池更有優(yōu)勢(shì)，似乎更適合作為大規(guī)模儲(chǔ)能的設(shè)備。不過目前為止，從成本考慮，不論是哪種電池都不足以在電網(wǎng)中大量使用。

新能源發(fā)展還有哪些潛在困難？

講到這里你可能就能體會(huì)，為什么新能源推廣起來那么困難。

采用可再生能源發(fā)電還有其它問題，比如對(duì)氣候和生態(tài)環(huán)境可能造成不良的影響，目前我們對(duì)此也是所知甚少。

以風(fēng)能發(fā)電為例，風(fēng)能的總量其實(shí)是有限的，如果用來發(fā)電了，風(fēng)速就會(huì)下降，原來自然界的大氣流動(dòng)就會(huì)受到影響。比如你在北京的西北方向裝上一大堆風(fēng)車，從蒙古高原過來的風(fēng)可能就吹不到北京了，這也許會(huì)加重北京的霧霾。

此外，如果風(fēng)能發(fā)電廠建在了候鳥遷徙的路徑上，發(fā)電廠對(duì)氣流的影響會(huì)嚴(yán)重妨礙候鳥的遷徙。類似的例子其實(shí)過去就有。很多年前人們就發(fā)現(xiàn)，只要在荒野上建一條高速公路，很快兩邊的蝴蝶品種就不一樣了，因?yàn)楦咚俟飞峡盏臍饬髯尯麩o法飛過這條界限。

此外，我們現(xiàn)在也難以確認(rèn)，如果地球表面裝了大量的風(fēng)車，是否會(huì)影響到季風(fēng)，繼而是否會(huì)影響到氣候，包括不同區(qū)域降雨量的變化。

當(dāng)然，清潔能源中除了太陽能和風(fēng)能，還有核能和水能。但水能發(fā)電對(duì)環(huán)境的影響比風(fēng)能更顯著，因此今天在世界范圍內(nèi)，水能發(fā)電的發(fā)展已經(jīng)很緩慢了。核能原本是很清潔的能源，但也有自己的風(fēng)險(xiǎn)，而且民眾在心理上比較難以接受，除了法國，其它國家大部分都推廣不起來。

小結(jié)

我們把所有的可再生能源梳理了一圈，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，能量供應(yīng)量最充足、對(duì)環(huán)境影響最小的解決辦法，可能還是太陽能，當(dāng)然必須要有配套的儲(chǔ)電技術(shù)。

全世界陸地接收到的太陽能，如果能有1%轉(zhuǎn)化為電能，就夠全世界人使用還綽綽有余了。這里可以提一個(gè)很有意思的問題，是楊鐳先生提出的，他問：如果世界各國不再依賴石油，阿拉伯國家是否會(huì)面臨經(jīng)濟(jì)衰退？

崔教授回答說，其實(shí)阿拉伯國家也在考慮發(fā)展新能源計(jì)劃。而且阿拉伯半島有極佳的太陽能發(fā)電條件，如果在阿拉伯半島范圍內(nèi)都裝上太陽能發(fā)電板，這個(gè)區(qū)域發(fā)的電就足夠全世界使用了。到時(shí)阿拉伯國家能賣的能源，比現(xiàn)在賣石油還要多得多。

這是佳名興電容關(guān)于清潔能源的發(fā)展做的一點(diǎn)點(diǎn)小小貢獻(xiàn)和普及！感恩您的閱讀和關(guān)注！后續(xù)我們佳名興會(huì)從比較微觀的層面給您匯報(bào)，在企業(yè)的層面如何實(shí)現(xiàn)碳中和??！

                                                              整理：lucy 秦 13927412413