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第二章
电网脱碳

托马斯·爱迪生曾经说过,从长远角度看,“我宁愿把钱投在太阳和太阳能上” [1] 。但在爱迪生的时代,那是一个无处可下的赌注。煤才是那时候的现实选择,它可以24小时不停燃烧,将水煮沸以产生蒸汽,推动巨大的涡轮机叶片转动并发电。但在今天,情况已大不相同。要把电力源源不断地输进电网,然后再输送到千家万户和众多企业,化石燃料只是多种可以选择的方式之一。

不过,直到21世纪初,燃煤发电厂仍然提供了全球最大的电力份额。就在那时,长期担任德国联邦议院议员的赫尔曼·舍尔(Hermann Scheer)力主德国成为第一个扩大太阳能和风能发电规模的大国。舍尔使用一台风力发电机为自己的居所提供电力。在一些人的眼中,他期待人类社会依靠可再生能源运行的愿景不切实际。但这位议员提出一个计划:使用一种特殊类型的补贴来降低可再生能源的成本。

整个20世纪90年代,舍尔一直呼吁逐步淘汰煤炭和逐步关闭德国核电站,但他的呼吁遭到了当时掌管德国能源部门的那些老顽固的强烈反对。不过,作为议员的他并未屈服。

他成立了国际可再生能源署(International Renewable Energy Agency,IRENA),并出任能源企业家联盟欧洲可再生能源协会(Eurosolar)的主席。

但是面对错综复杂的德国政治局面,所有这些努力都没有发挥太大作用。舍尔曾是德国现代五项运动队的一名运动员,他私下开玩笑说,要想使他的立法获得通过,需要在政治上具备与现代五项运动技能相当的能力,包括游泳、击剑、马术、越野跑和射击。(他并没有说明他想将准星对准谁。)2000年,他在德国联邦议院发言时宣布:“化石燃料是造成气候灾难的罪魁祸首。唯一现实可行的选择是用可再生能源完全取代化石燃料和核能。”

看到同僚们无动于衷的样子,舍尔抛出了一个比喻:“化石燃料和核燃料堪比全球性纵火者,而可再生能源是灭火器。”得益于他锲而不舍的坚持,这项法案终于获得通过。这项后来被称为《舍尔法》(Scheer's Law)的法令 建立了世界上第一个大型太阳能和风能全国市 场。 这个构想非常简单,但是巧妙而有效。任何人(无论是普通的房主、拥有闲置土地的农民,还是拥有屋顶空间的零售商)都可以安装太阳能电池板阵列或一排风力发电机,并将电力输送到公用事业电网中,公用事业公司将以20年不变的预设价格购买这些民产电力。这样一来,人们就可以提前计算他们的年收入,并申请银行贷款来购买所需设备。

《舍尔法》规定,绿色电力的收购价格为每千瓦时60美分, [2] 是现行电价的4倍。这些额外的成本将作为电费附加费转嫁给房主和部分企业。对房主而言,平均每月会增加不到10美元的电费负担。少数人公开反对在基础电费上征收附加费,但对于这项有望创造数千个就业机会的计划,大多数德国公民表示了支持。 [3]

资金开始向新的方向流动,并推动清洁电力的发展。不久之后,山坡上开始布满涡轮风力发电机,居民区的屋顶上方覆盖了光伏板,高速公路两旁排列着天蓝色的太阳能电池板,延伸至远方。一位名叫海因里希·加特纳的巴伐利亚畜牧农场主贷款500万欧元,在他的土地上安装了1万块太阳能电池板。 [4] 他预计这些电池板带来的利润会超过养猪的利润。

舍尔的计划遵循的是一套现实的目标,也就是我所称的关键结果,包括:到2010年,可再生能源发电量占到总发电量的10%;到2020年,占到20%。风能和太阳能是该计划的重点,水力发电、地热发电、生物能源等其他清洁技术也将发挥辅助作用。到了2006年,德国的可再生能源实验已经走上了实现舍尔目标的轨道。但是,由于煤炭开采工作岗位的流失,政治形势变得越来越令人担忧。同时,不断上升的费用也引发了部分消费者的不满。舍尔没有屈服,继续引用气候变化数据和民意调查支持该计划。

随着太阳能和风能发电规模在德国不断扩大,成本降低效应再现魔力。新的商业模式渐渐出现,绿色溢价,即使用清洁能源的额外成本开始降低。在一段时间内,可再生能源需求的飙升引发了制造业热潮。主要位于前民主德国地区的新“太阳能谷”工业区在太阳能电池板设计制造领域创造了多达30万个急需的工作岗位, 另有多家资金雄厚的太阳能初创公司公开上市,并在股市上获得了令人印象深刻的亮眼表现。

在那个绿色能源产业萌芽的年代,人们会想当然地认为,创办一家太阳能硬件技术公司是一个伟大的想法。我的亲身经历可以证明这一点。当时,凯鹏投资了7家太阳能电池板企业,这些举动随后让我们懊恼不已。

随着德国市场的不断扩大,美国也加入了进来。尽管太阳能电池板是20世纪50年代在美国发明的,但美国最初并没有将这项技术推向规模化。随着《舍尔法》的生效,环保主义活动家说服美国多个州针对其电网内的可再生能源比例设定了温和的要求,并给予太阳能发电价格补贴。就在几年之前,风能和太阳能还属于微不足道的利基市场 ,但此后全球的需求开始激增。

然而,德国的引领性政策未能带来德国政客所期望的新增就业。原因很简单:中国看到了德国正在形成一个巨大的新兴太阳能电池板市场。在政府资金的大力扶持下,中国制造商进军德国,并从德国国内竞争者手中抢走了市场。廉价的中国太阳能电池板同样颠覆了美国市场,这也是凯鹏在这一领域投资失败的一个重要原因。

随着太阳能发电价格下跌,需求激增

改编自“可再生能源世界”(Renewable Energy World)的数据和可视化资料。

中国的太阳能产能扩张极其惊人。政府不仅向初创公司投入资金,还加大研发投入,以获取竞争优势。中国的各个地区,无论大小,突然之间都有了自己的太阳能电池板创业公司。中国政府认定,这是一个未来的战略产业,要大力发展它。美国和德国的制造商拥有一些技术先进的太阳能电池板专利,这本可以为他们提供与中国公司放手一搏的机会,但两国政府都没有为太阳能公司的生存之战提供太多帮助。中国最终抢走了全球70%的太阳能电池板市场。

和其他投资者一样,我没有预见到德国实验的连锁反应,也没有预见到中国大规模进军太阳能制造业的影响。一旦太阳能电池板开始大量销售,就引发了一场全面的价格战。2010年至2020年间,太阳能电池板的价格从每瓦特输出功率2美元暴跌至20美分。 凯鹏投资支持的7家太阳能公司中有6家倒闭。对于我们这些输得精光的人来说,这是另一个教训:投资价格为王的大宗商品时一定要当心,特别是在其他政府对这些商品提供补贴的时候。

再来回头看看德国的情况:尽管他们的大部分太阳能制造工作岗位不复存在,但太阳能装置比以往任何时候都更受欢迎。尽管太阳能电池板价格暴跌,批发电价随之下跌,但太阳能生产商和安装商的清洁能源补贴仍然居高不下。21世纪10年代中期,当德国联邦议院开始削减补贴之时,一些德国公用事业公司发现它们的利润已经灰飞烟灭。

越来越多的太阳能发电输入电网,特别是在中午的时候,这让化石燃料发电厂丧失了一天当中最有利可图的时间段。

这些公用事业公司中的大多数被迫裁员和重组,对其化石燃料发电厂进行了巨额减记,并将重心转向清洁能源。投资于公用事业的市政府也被迫削减服务。行业格局的颠覆性变化造成了巨大的附带损害。

不过,尽管《舍尔法》并不完美,它也表明 在正确的时间制定正 确的政策有助于 清洁能源技术的推广,并在这个过程中可使价格变得更加可以承受。(这同样是对忽视变革的当权者发出的警示。)得益于德国的实验,现在几乎全球各地都能买到便宜的太阳能电池板。能源创新公司首席执行官哈尔·哈维说: “这是德国送给世界的礼物。”

2010年,德国可再生能源的比例达到了16%,远远超过了原先设定的10%的目标。不幸的是,舍尔在那一年因心力衰竭去世,享年66岁。三年后,他的女儿尼娜·舍尔(Nina Scheer)当选为德国联邦议院议员,并被提名为环境委员会委员。她支持的一项后续法案要求到2021年逐步取消对可再生能源的补贴,因为可再生能源已经不再需要补贴。在她的倡导下,一项关于在2038年前停止使用煤电的法案也获得了多数票的支持。

2019年,德国42%的电力来自可再生能源。 可再生能源“占据主流地位”的局面首次有望在一个领先的工业国家实现。2020年夏天,这真的成为现实。尽管新冠肺炎疫情大流行导致电力的总体需求下降,但太阳能发电几乎完全满负荷运行。可再生能源成为8000万德国人的主要能源,为全国56%的电网供电。

自《舍尔法》通过以来,德国已经将其电网的排放量减少了近一半。尼娜·舍尔说,她真希望父亲活着看到这一切。

增加无排放能源

电力部门是全球最大的单一碳排放源, 每年排放240亿吨碳,超过全球碳排放总量的1/3。我们依赖电力为居所和办公室供暖,做饭,给我们的电动汽车充电。请记住,电力本身不是能量的来源,而是能量的载体。只要能量源自化石燃料,实现电动化的任何东西都不算从真正意义上消除了碳排放。但电力本身并不一定需要燃烧,水力、风力或太阳光也能够产生电。电网脱碳和转向清洁能源是使我们的计划成为现实的最大一步。

太阳能和风能发电的局限性在于假如天气不晴朗或不刮风,它们就无法运作。为了使电网完全脱碳,我们需要储存能量,以备日落和无风时使用。我们需要精确的预测,将电力从能源过剩的地区转移到能源短缺的其他地区。能够按需发电的可再生能源,如地热和水力发电,必须能填补太阳能和风能的空白。一般来说,需要能够支撑几个小时到几天、价格可负担的短期能源,外加储能设备,以供能源长期存储。

我们在电力行业的关键结果是要求未来能够用上更便宜的清洁技术。我们承认富国和穷国之间的差距,因此在制定目标时为与能源贫困做斗争的国家提供了更灵活的时间表。

关于零排放的关键结果(KR 2.1) 是我们要实现的首要任务,它要求到2025年零排放电力来源占到全球发电量的50%以上,到2035年,这一比例应提高到90%。相应的解决方案包括发展核能,以帮助满足风能和太阳能不足时的能源需求。虽然核燃料几乎不产生任何排放,但严格来说,它不是可再生能源,它依赖于数量有限的放射性元素。核电站的寿命长达几十年,并且核电将成为全球能源组合的重要组成部分。但随着核电技术成本不断上升,同时其他能源选择越来越便宜,核电的作用在未来可能会减弱。

一方面,我们需要加强研发,增强核电的安全性;另一方面,要改革监管政策,加快核电站建设,从而帮助我们在2050年实现净零排放的目标。我们在核电站建设上没有犹豫不决的时间。可再生能源设施可以在几周内安装启用,而核电站则可能需要10年或更长时间才能建成并运行。

目标2
电网脱碳

到2050年,将全球电力和热力排放量从240亿吨减少到30亿吨。

KR 2.1

零排放

到2025年,全球50%的电力来自零排放源;到2035年,零排放源发电比例达到90%(2020年该比例为38%)。*

↓ 165亿吨

KR 2.2

太阳能和风能

到2025年,所有国家的太阳能与风能设施的建造和运营成本低于排放源(2020年实现此目标的国家占67%)。

KR 2.3

储能

到2025年,短期(4~24小时)储电成本低于50美元/千瓦时;到2030年,长期(14~30天)储电成本低于10美元/千瓦时。

KR 2.4

煤炭和天然气

2021年后不再建造新的煤电厂或天然气发电厂;现有煤电厂将在2025年前被淘汰或实现零排放,现有天然气发电厂将在2035年前被淘汰或实现零排放。*

KR 2.5

甲烷排放

到2025年,消除煤炭、石油和天然气发电厂泄漏、放空和大部分燃烧。

↓ 30亿吨

KR 2.6

取暖和烹饪

到2040年,用于取暖和烹饪的燃气与燃油使用量减半。*

↓ 15亿吨

KR 2.7

清洁经济

到2035年,减少对化石燃料的依赖,提高能源效率,使清洁能源生产率(GDP/化石燃料消耗)翻两番。

*这是发达国家的时间表。对于发展中国家来说,达成这一关键结果预计需要更长的时间(5~10年)。

每个国家都必须选择自己建设无碳排放电网的道路。一些国家,如德国,将逐步淘汰核能以及煤炭和天然气。但法国和中国可能会选择不同的策略。在美国,有28个州拥有核电站; 核电占了弗吉尼亚州总发电量的1/3。2020年,弗吉尼亚州通过了一项与净零排放计划相关的法律,将核能视为无碳能源,与我们计划的立场一致。

我们并不关心具体使用了哪些技术,我们只希望它们不会向大气中排放更多温室气体。水力发电已占全球总发电量的16%,主要来自大型水坝。 风力发电和太阳能发电在全球的份额分别约为6%和4%。 美国西南部地区气候干燥,阳光充足,非常适合太阳能发电,而美国中部多风的地区则非常适合风力涡轮机发电。冰岛几乎所有的电力都来自可再生的水力或地热资源。在实现这一重大转变的过程中,每个国家和地区都需要因地制宜。

我们已经接近实现 太阳能和风能方面的关键结果(KR 2.2) 。在包括美国、中国、印度、南非、南美洲和西欧在内的占世界2/3的国家和地区,安装这些可再生能源设备已经成为获取能源最便宜的途径。 但我们的关键结果更加雄心勃勃,它要求到2025年太阳能和风能在全球任何地方都是更便宜的能源。

有关储能的关键结果(KR 2.3) 旨在使从储能设施调用电力的价格与实时电价相比具有竞争力。为此,我们需要低成本能源以及满足特定价格目标的创新能源存储技术。两者必须协同工作,才能向电网输送能量。

通过能源转型逐步摆脱化石燃料发电是 关于煤炭和天然气的关键 结果(KR 2.4) 的核心,这是一个巨大的挑战。我们必须在全球范围内立即停止新的煤炭、石油和天然气开发项目。 全球现在拥有足够的煤炭和天然气供应,我们必须开始减少需求。发达国家必须停建天然气厂,并继续停止建设新的煤电厂。然后,我们必须将重点转移到逐步淘汰大多数现存化石燃料发电厂上来。对于那些维持运行的发电厂来说,碳清除技术应能够清除它们的排放。

对于发展中国家来说,实现这一关键结果将需要更多的时间,可能还需要5~10年。在缺乏可靠电力供应的较贫困国家,清洁能源组合可能无法满足其人口的迫切需求或稳定其电网。在这些情况下,新建天然气发电厂的选择可能是合理的,但前提是到2040年可以将它们淘汰,或是能够清除其产生的碳排放。

随着价格下降和装机容量增加,可再生能源正在逐渐赢得市场

改编自IRENA、Lazard、IAEA和Global Energy Monitor的数据以及Our World in Data的可视化资料。

①学习率是学习曲线效应的量化值,即装机规模每翻一番,成本会随之下降的百分比。——译者注

总体而言,发达国家的任务是降低可再生能源的成本,消除绿色溢价,为清洁能源投资提供资金,并发挥带头作用,率先在国内实现脱碳。发展中国家则应抓住机会跳过过时的化石燃料模式,直接转向利用清洁、可负担的能源。富裕国家和世界银行的投资可以加速这一飞跃。与回过头来纠正过去的错误相比,在一开始就建设正确的能源基础设施更容易,也更便宜。

实现在全球范围内告别燃煤发电这一构想的时机已经成熟, 尽管我们还不知道具体的实现路径。2021年5月,为了响应国际能源机构对全球能源系统净零排放和“全面转型” 的呼吁,七大发达经济体同意在年底前“停止对排放碳的煤炭项目提供国际融资” 。在美国和欧盟的带领下,这一承诺将有助于推动可再生能源的使用在2026年之前超过煤炭,在2030年之前超过天然气。

有关甲烷排放量的关键结果(KR 2.5) 直击“无组织排放”问题,要求到2025年消除30亿吨泄漏和有意排放的甲烷气体。 现有法规必须得到严格执行,以更好地实施现场管理,并对老井、矿山和水力压裂现场进行加盖封堵。

有关取暖和烹饪的关键结果(KR 2.6) 旨在用电加热装置和电炉取代建筑内的石油和天然气装置。现代的电热泵可以将加热效率提高3倍或3倍以上,是传统取暖和制冷技术的可靠替代。 电磁炉则已在专业厨师界广获好评,同时还替代了室内空气污染的主要来源:炉灶。这一关键结果并不要求人们为了减排而牺牲生活品质,而是推动现代化技术的应用。

什么是零排放经济?它是指在摆脱化石燃料的同时保持经济增长的方式。一个国家的GDP(国内生产总值)除以其化石燃料消耗量,即为该国的清洁能源生产率。而 关于清洁经济的关键结果(KR 2.7) 就是要求到2035年,各国的清洁能源生产率翻两番。

在20个碳排放量最大的国家中,法国表现最佳,这在很大程度上是因为法国70%的电力来自核能。表现最差的国家包括沙特阿拉伯和俄罗斯,因为这两个国家仍然沉迷于石油和天然气,尚未实现国内能源的多样化。各国可以通过转向更清洁的能源或更有效地利用化石燃料资源来提高其清洁能源的生产率。

与所有构建良好的OKR一样,我们需要达成所有设定的关键结果,以确保实现我们的目标。部分达成关键结果(哪怕达成了绝大部分)也意味着不成功。谢天谢地,太阳在一小时内为我们的星球提供的能量与人类一整年使用的能量一样多。 在经历了几十年的失败后,今天太阳能设备的装机容量超过了所有其他技术,甚至风能。

欧洲以较少的碳排放实现了较大经济产出

①1艾焦 =10万亿焦耳。——编者注

打造太阳能发电的商业模式:Sunrun的故事

太阳能行业近年来的成功很大程度上得益于大力扩张规模的智能商业模式。旧金山初创公司Sunrun的首席执行官林恩·朱里奇(Lynn Jurich)深入市场底部,创造了一种新的商业模式。到2020年,Sunrun在全美国已经拥有30万个家庭客户。

林恩·朱里奇

在很小的时候,我阅读了图书馆传记部分的全部书籍,希望了解那些能够在很长一段时间内产生重大影响的人物。

后来我去了斯坦福大学,并一路读到了商学院,努力学习金融知识,力图让自己理解复杂的问题。如果不了解金钱的运作方式,就无法解决重大的社会挑战。

我得到了一家全球性银行的一份暑期实习工作,因而有机会到香港和上海出差。当时是2006年,这两座城市都在大兴土木,到处都是起重机。我走在街上,发现自己的四周笼罩着雾霾,口中吸入的是污染的空气。

夏天,这些雾霾来自以煤炭为燃料的发电厂,它们发出的电力用来保证办公室的空调运转。冬天,雾霾主要来自烧煤为蜗居取暖的千家万户。整个系统完全建立在化石燃料的基础之上,显然是行不通的。

虽然我们已经拥有以可再生能源取代化石燃料的技术,但要使这一转型在经济上可行,还需要做大量的工作。展望未来50年的职业生涯,我知道我想投身于此,不一定要专注于太阳能技术,而是关注分布式发电。

当时,一家名为SunEdison的初创公司因为创造了一种分布式发电的独特商业模式而渐渐获得关注。这家公司在无须支付任何前期费用的前提下,在全食(Whole Foods)、百思买(Best Buy)或沃尔玛(Walmart)的屋顶安装太阳能电池板,以满足商店的部分电力和制冷需求。这些商店将以固定费率向SunEdison支付电费,价格锁定期长达20年。利用这一可预测的收入流,这家初创公司得以为其项目筹集或借入足够的资金。

但是,当时还没有人将这种模式应用于住宅市场,尽管进军住宅市场的阻力可能更小。我与两位联合创始人,艾德·芬斯特(Ed Fenster)和奈特·克雷默(Nat Kreamer)合伙创办了一家公司,他们两人在消费金融方面有着丰富的经验。我们没有耗费大量时间与官僚主义气息浓厚的大公司进行合同谈判,而是重点思考一座座房屋的主人都需要什么。

早在人类跨入21世纪之时,市场上就已经有大量对太阳能光伏硬件,包括太阳能板和电池的投资。我们不想进入那个领域竞争,我们想投资太阳能发电设施的部署方式。太阳能发电的独特之处在于所有权分散于众多微小用户,但拥有巨大的规模扩张潜力。这就是可以实现电网平价的地方。我们可以让房主无须依赖公用事业公司就有能力实现能源自给自足,并创建一个分布式电力系统。

我们从朋友和家人那里筹集资金,创办了Sunrun公司,以规模化地实现我们对住宅“太阳能即服务”(solar-as-a-service)的愿景。我们去商店停车场把传单别在汽车的挡风玻璃上,并向在农贸市场购买蔬菜和奶酪的家庭主妇们宣传太阳能发电。

我们从创业初期就受益于太阳能的普及。民意测验告诉我们,人们相信太阳能,你需要做的只是站到他们前面告诉他们怎么做。而且人们往好里说也并不喜欢那些一家独大的公用事业公司。

虽然公司的早期使用者看重太阳能在应对气候变化方面的好处,但最重要的一点是,他们喜欢那种控制感,自己给自己发电,还能省钱。用户的前期成本为零,并可以长期锁定电价。这就好比有人在你的后院免费安装了一个汽油泵,并告诉你,从此以后你能够用每加仑1美元的价格加油,你想保留它一年还是很多年?这就是我们让房主签订20年合同的原因。

我们筹集资金用于支付太阳能系统的前期安装费用,每户约5万美元。随着时间的推移,这一数字已经大幅下降。用户签署的购电协议则涵盖了养护和维修费用。

我们用公司的股本金购买太阳能面板并负责安装,同时证明人们会签署协议。这是一个艰难的过程,但它确实成功了。

2008年的经济衰退给公司造成了沉重的打击。面对房屋抵押贷款泡沫的破裂,谁还会继续资助一家靠房主信用生存的创业公司?对我们的客户来说,最大的风险是我们破产。幸运的是,公司在雷曼兄弟(Lehman Brothers)倒闭的前一天刚刚达成了一项融资交易。我们在最后关头获得了足够的资金熬过经济大衰退。

从商业模式的角度来看,挨家挨户地发展用户似乎很慢,但我们必须这样做。实际上,我们的扩张速度比商业市场更快。我们在10个州内覆盖了尽可能多的社区,消费者开始自己滚雪球,越来越多的人希望得到这个机会。

到2013年,我们终于实现了稳定的利润。董事会认为首次公开募股(IPO)的时机已到。这个时间点很微妙。我和丈夫布拉德结婚已经9年,正在犹豫是不是该要一个孩子了。他也是一名企业家,所以我俩总是在筹集资金或处理工作中的危机,一直找不到生孩子的合适时机。我当时已经35岁,我俩决定如果想要孩子就必须立刻要。我怀孕了,当然,时间正好与公司IPO的时间撞车。

我们可以让房主
有能力实现
能源自给自足

当时,太阳能和风能在全球的市场份额正在缓慢扩大。不过,整个过程仍然十分艰难。大多数太阳能行业的先行者都腹背受敌,遭到拥有强大政治背景的公用事业公司的攻击。但Sunrun的“太阳能即服务”模式很快打开了市场。公司2015年通过IPO在纳斯达克市场募集了2.5亿美元,为其在11个州开展业务提供资金。早期投资者得到了丰厚的回报。

Sunrun的“太阳能即服务”业务模式使其成为美国首屈一指的家用太阳能屋顶安装商

林恩·朱里奇

由于公用事业公司根基深厚,它们觉得没有必要对客户普及电力知识。我们刚起步时,10个人中有9个认为太阳能是最昂贵的能源。甚至到了今天,大多数人仍然认为太阳能太贵,即使这在几年之前就已经不再是事实。

公共电网的运行模式问题重重,市场极度破碎。作为电力的传输工具,电网被设计成一条单行道。当太阳出来的时候,太阳能用户家庭产生的电量超过其使用需求。根据所谓“净计量”政策, 38个州的公用事业公司必须购买这些富余电力并将其输送到其他家庭。但电网运营商经常说,可再生能源太多,他们无法消化。公用事业公司自身并没有动力建立分布式电网,因此需要监管机构出手改变法规。

公用事业公司需要使供需平衡,太阳能的间歇性是它们面临的最大挑战。这些公司必须聪明地确定高峰和非高峰时段的电价,消费者也必须聪明地知道何时给汽车充电或烘干衣服。

解决这个问题的方案之一是由公用事业公司开发更好的需求响应管理,另一个方案是在所有住宅系统中安装蓄电池,这样房主就可以将多余电力存储起来供夜晚或第二天使用。如果我们能大规模地做到这一点,就可以建造被称作“虚拟发电厂”的系统。

夏威夷是一个有趣的缩影样本,大约30%的家庭拥有太阳能板和蓄电池。由于规模足够大,公司能够提供比公共电网更实惠和更可靠的电力。我们现在确信,每个家庭都应该有一个蓄电池,同时在设计电网时也应考虑适应这种模式。

现在,我们公司已经在22个州开展业务并成为美国最大的家用太阳能屋顶安装商,甚至超过了另一家拥有住宅太阳能公司业务的公司——特斯拉,任何同行对我而言都是盟友。我们都相信,全面实现电气化是正确的前进方向,我们正在共同实现这一未来——分布式电力。今天,我对这一点比刚开始时更有信心。

————

2021年,得益于林恩·朱里奇和其他太阳能领域的开拓者,美国的太阳能装机容量达到100吉瓦 人口数量为美国4倍多的中国目前的装机容量已达到240吉瓦。印度设定了到2022年装机容量达到20吉瓦的目标,而且已经提前四年实现了这一目标,其最新的目标是到2030年达到450吉瓦。 [5] 在世界范围内,太阳能的发展正在接近一个历史性的关头,首次达到1太瓦(即1万亿瓦,或1000吉瓦)。然而,尽管取得了如此迅速的进展,如果政策没有根本性改变,我们仍然无法实现净零排放目标。

林恩·朱里奇

就全球变暖问题而言,为了避免气候灾难,必须将升温幅度控制在1.5℃之内,而我们现在几乎已经达到了上限。因此,我们现在做出的重大决策必须近乎完美。在20世纪50年代,美国以惊人的速度修建了国家公路系统。艾森豪威尔是一位伟大的领袖。我们需要采取一种全面战时的方法,把每个屋顶都尽可能利用起来,安装太阳能设施。

这意味着要对消费者提供激励措施,而不仅仅是激励那些居于主导地位的能源公司。我们需要用太阳能屋顶和蓄电池为建筑物供电。这些能量可以用来为我们的电动汽车充电,并帮助我们改用电动泵和电动压缩机制冷和采暖,不再依赖燃烧天然气或燃油的设备。

这在技术上已经可以实现。蓄电池的成本持续下降。每个人都在谈论中国和印度需要做什么,但如果美国起到带头作用,它们会做得更快。

是什么制约了太阳能使用的增长?是我们的惯性,因为不做改变总是比较容易的。既得利益者会努力捍卫自己的地盘,并通过繁文缛节和咬文嚼字让问题复杂化。

迟早有一天,安装太阳能屋顶会像安装厨房电器一样便捷。如果一个房主想要在下周安装太阳能屋顶,他们的要求应该能够得到满足。所有的新房子在交付使用时都应该带有太阳能屋顶,它应该是房屋价格的一部分,就像花岗岩台面一样。

我们必须让这一切变得超级简单和便宜,目前我们正走在这条路上。这个电气化的新世界并不意味着牺牲。它并不昂贵,你仍然可以打造理想的居所,只不过现在你这么做的时候,还可以利用太阳实现能源的自给自足。

————

风能发电兴起

鉴于太阳能和风能是增长最快的两种能源,你可能会认为它们势必激烈争夺市场份额,但事实并非如此,因为这两种技术具有天然的互补性。太阳能电池板在白天将阳光转化为电能,而风力涡轮机在夜间风力增强时运转更快。从某种意义上说,风能也是太阳能。由于地形变化,太阳对地球表面的加热不均匀。空气受热上升时,会留下一片低气压区。这种气压差导致不平衡,由此产生的空气流动形成了风。

这两种可再生能源的商业模式也是互补的。如果说太阳能正在加速向分布式电网转型,风能则是集中采购和管理的。风能使公用事业公司得以继续做它们最擅长的事情:通过谈判达成有利的电力购买协议,然后向用户提供电力。风能发电的增长速度超过了任何其他公用事业规模的能源,甚至包括化石燃料。

在美国,风能长期以来享有比太阳能更高的市场份额,这主要是因为它受到大型公用事业公司的欢迎。得克萨斯州位于盛产石油的墨西哥湾,是美国石油工业的发源地。得益于州政府对企业的优惠政策,这里长期以来一直是风能产业的领导者。2006年,马谷风能中心(Horse Hollow Wind Energy Center)在得克萨斯州中部建成。它的发电量为735兆瓦,建成时是世界上最大的涡轮风电场。(后来,其他地方已经建立起规模更大的风力发电厂,如中国甘肃省的风电场规模达到它的27倍。

随着时间的推移,风能技术得到了突飞猛进的发展。风电机叶片变得更长,涡轮机也变得更高。随着制造能力的翻番,新涡轮机的成本下降了一半。一旦美国的风力发电变得比用火车运输煤炭更便宜,将风电并入电网就具备了经济上的意义。

但陆上风电的未来增长面临几大制约因素,包括:输电瓶颈、公用设施限制、可用土地短缺,以及当地反对新建风电场。 风电发展的“新边疆”是大海,这多亏了一位富有远见卓识的丹麦人,他将一场财务上的危机转化为新的绿色机遇。

奥斯特的海上风电革命

全世界第一个海上风电场最初只是一项小型实验。1991年,在波罗的海的一个小岛附近,丹麦国有公用事业公司丹麦石油天然气公司(Danish Oil & Natural Gas, DONG)建造了11台风力涡轮机,并以最近的海滨小镇命名其为温讷比(Vindeby)海上风电场,电场建成后可发电5兆瓦。这个项目的总体规模很小,远未达到丹麦电力标准的1%。

21世纪初,风能的大部分增长是由多家创业企业贡献的。国有的丹麦石油天然气公司与竞争对手合并,巩固了其作为一家以石油和天然气为核心的能源公司的地位。但在2012年,这家拥有6000名员工的公用事业公司面临一场财务危机。随着美国水力压裂技术的蓬勃发展,天然气产量创下历史新高,在短短四年内,全球天然气价格暴跌了85%,从高峰跌到了谷底。 尽管这对丹麦电力消费者来说似乎是个好消息,但丹麦石油天然气公司的利润灰飞烟灭。标准普尔将这家公用事业公司的信用评级下调为负。公司的首席执行官黯然下台。

董事会聘请了一位行业外领袖作为他的继任者,此人就是45岁的亨里克·鲍尔森(Henrik Poulsen),丹麦著名创新公司乐高(LEGO)的前任掌门人。在他的领导下,乐高实现了重大转型。鲍尔森在丹麦石油天然气公司前景黯淡的时候加盟公司,力图恢复公司的财务基础,并制定一个新的增长战略。

2012年,海上风电市场几乎还不存在。建设成本高得令人望而却步。在海洋中建造平台本来就风险很高,更不用说还面临着海滨住宅房主的激烈反对。

亨里克·鲍尔森面临着一些严峻的选择。换作别的首席执行官,面对这一切可能会惊慌失措,并开始裁员,直到天然气价格反弹。但这不是鲍尔森的行事作风,他抓住机会做出了根本性的变革。

2006年,丹麦石油天然气公司与其他五家丹麦能源公司合并,成为一家综合性的石油、天然气和电力公司,其核心业务仍然是化石燃料。

世界上第一个海上风电场,于1991年在丹麦近海建成

亨里克·鲍尔森

2012年8月,我加入丹麦石油天然气公司后不久,就发现公司已经深陷危机。标准普尔下调了我们的债务评级,欧洲其他大多数能源公司也面临着巨大的压力,传统电力生产业务正在迅速衰落。面对美国页岩气行业的蓬勃发展,液化天然气和天然气储存业务承受着巨大的价格压力。

我很清楚,我们需要一个新的行动计划。我们逐一考察了各项业务,寻找具有竞争实力和未来市场增长潜力的业务板块。

我们最终决定剥离一长串非核心业务,以减少公司的债务。我们需要建立一个全新的公司。我坚信,我们需要从黑色能源转向绿色能源,以应对气候变化。因此公司决定,将增长战略专注于发展一项业务,那就是海上风电。

我相信我们在海上风电领域拥有独一无二的机会,我们还拥有先发优势。我相信我们别无选择,只能放手一搏。

彻底转型从来都不是一件容易的事。我们研究了当时已经建成的所有海上风电场,领导团队审查了所有成本和数据。这些海上风电场的运营费用太高,能源成本是陆上风电成本的两倍多。

我们实施了一项大幅降低成本的计划,将海上风电的效率提升到可以击败化石燃料发电的水平。

我们将海上风电场分解为各个组成部分,从涡轮机到输电基础设施,从安装到运营和维护。

我们安装了越来越大的涡轮机,以增加海上风电场的容量;与供应商合作,不断降低每次新安装的成本。

2014年,我们参与了一系列英国海上风电项目的投标,这是海上风电行业最大的一宗竞拍交易,我们最终中标了其中三个项目。这保证了我们拥有足够的装机容量来继续推进降低成本计划。

我们曾制定了到2020年使风机安装成本降至每兆瓦时100欧元的目标,不过很快就超越了这一目标,到2016年,我们的安装成本已经降到了每兆瓦时60欧元。在四年内,我们将海上风电的成本降低了60%,远远超出了预期。一旦成功动员起整个行业和整个供应链支持我们完成使命,其爆发出的力量就真的很强大。

后来,我们弃用了“丹麦石油天然气公司”这个名字,将公司改名为奥斯特,以纪念首先发现电流产生磁场的丹麦传奇科学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特(Hans Christian Ørsted)。

我们决定专注于发展一项业务,
那就是 海上风电

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在一个新市场刚刚被打开时,往往没有太大的竞争,先行者将获得巨大的优势。在风电行业,丹麦有两家公司成为行业的先行者,其中一个是工业设备制造商维斯塔斯(Vestas),该公司是进入风力涡轮机领域的首批制造商之一,现在是世界上最大的风力涡轮机制造商。

越大越强:奥斯特的风力涡轮机越来越大,发电能力越来越强

而奥斯特公司则是第一个发现海上风电场规模可以远超陆上风电场规模的公司。这家公司早期的每个海上风电场发电量约为400兆瓦,新业务稳健增长,而且能够带来盈利。2016年,该公司成功上市,市值为150亿美元。四年后,它的市值已经达到了500亿美元。随着欧洲各国政府对海上风电表现出越来越浓的兴趣,其他公司也参与进来,这推动了整个行业的成本进一步降低。

亨里克·鲍尔森

由于我们在全球各地拥有新项目,海上风电场的设计和建设可以使用更加工业化的方法。这些项目不再被视为一次性项目,而是成为标准化的流水线产品。这让我们拥有极大的动力和自信,在欧洲、亚洲和北美海域积极推进业务。

我们原本并不知道美国是否会建设大规模的海上风电市场,但公司在波士顿开设了北美总部。然后,我们收购了一家公司,该公司赢得了首个海上风电场建设项目,即罗得岛海岸的布洛克岛风电场(Block Island Wind Farm)。现在,这个项目每年可减少4万吨二氧化碳排放,相当于减少了15万辆汽车的排放量。

从那时起,海上风电市场开始在全世界范围内蓬勃发展,我们赢得了相当大部分的竞标。更令人惊喜的是,我们重新激发了员工学习新技能的动力。尽管业务一直处于剧烈变化之中,但我们的使命为公司注入了新的目标。

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到了2020年,奥斯特产出的90%的能源已经是可再生能源。 在将自身二氧化碳排放量减少了70%后,该公司在世界经济论坛上被评为世界上最可持续的公司。 如今,公司成为全球最大的海上风电开发商,在不断增长的全球市场中占据了1/3的市场份额。 对于 任何想摆脱过去的化石燃料公司来说,奥斯特均是一个卓越的典范。

天然气的肮脏秘密

2020年4月,美国环保协会报告,位于得克萨斯州西部的二叠纪盆地(美国最大的采矿和钻井区)发生一起紧急排放事件。协会的首席科学家史蒂夫·汉伯格(Steve Hamburg)被甲烷排放监测网络传来的图像和数据吓了一跳,这个监测网包括卫星信号、无人侦察机和配备了红外摄像机的直升机。

然后他变得警觉起来。汉伯格报告称:“这是美国境内一个主要盆地有史以来测量到的最大排放量。” 二叠纪盆地泄漏的甲烷达到其天然气总产量的4%,这无疑会对气候造成严重破坏。

这一突发的大规模排放事件表明,准确、实时的监测可以让我们为削减和控制排放所做努力的效果得到加强。几天之内,美国环保协会即向应对此事件负责的石油和天然气公司及其监管机构发出了一系列法律备忘录,强烈要求它们采取行动封堵泄漏。

天然气中高达90%的成分是甲烷,而甲烷气体吸收大气中热量的能力是二氧化碳的30倍。

史蒂夫·汉伯格曾任堪萨斯大学和布朗大学的环境科学教授,但一个契机让他的人生出现了转折,当时,他作为主要作者参与撰写了政府间气候变化专门委员会一系列震惊世界的报告,这项工作使他们这些科学家赢得了2007年诺贝尔和平奖。第二年,当美国环保协会向他递出橄榄枝时,汉伯格认为自己对气候变化采取直接行动的机会到来了。他离开了布朗大学的讲座教授岗位,来到广阔的田野和天空大展身手。

美国环保协会最重要的项目是MethaneSAT,这是一颗专门跟踪和测量甲烷气体排放的卫星。预计在2023年前,美国和新西兰的一项联合太空任务将与SpaceX合作,用猎鹰9号火箭将这颗卫星送入近地轨道。MethaneSAT将在全球范围内搜寻石油、天然气和煤炭开采场所的无组织排放物,同时追踪牧场和垃圾填埋场额外排放的数十亿吨甲烷。这无疑将会让全球实时监测在我们解决气候危机的行动中发挥更大作用。

史蒂夫·汉伯格

MethaneSAT工作的基础是收集数据和进行研究,以量化甲烷排放量。我们拥有的数据快照比以前任何时候都丰富,但我们需要一幅动态图像,一个连续的数据流,并且要能够覆盖全球,而不只是覆盖部分区域。

目前,我们仍然无法在世界上许多地方收集数据。要做到这些,我们需要一架飞机飞越相关地区或是一组人员在地面活动,但很多时候我们无法获得这些许可。

因此,卫星是未来的发展方向。多年来,我一直强调,如果想大规模、精确地完成这项工作,我们需要一颗专用的甲烷监测卫星。

首先要解决的问题是,我们需要收集哪些数据,以及从太空追踪能够达到怎样的精度。我们曾经前往哈佛-史密森天体物理中心的天文台,询问那里的工作人员:你们能建造这个吗?这在技术上可行吗?他们深吸了一口气,然后说,你知道,新技术出现的速度是很快的。

最后我们说,干脆我们自己来解决这个问题吧。我们把想到的一切都写在白板上,然后说:我认为我们可以做到。这样一颗卫星是可以建造的,于是我们发起了这个项目。

追踪无组织排放甲烷是一项颇具紧迫性的工作,这是由于甲烷气体巨大的温室效应及其相对较短的存续期。在前工业化时代,大气中的甲烷含量为722 ppb。如今,它的浓度已经翻了一倍多。如果我们能在2025年和2030年分别成功地将人为甲烷排放量减少25%和45%,将有助于在我们有生之年减缓全球变暖。

从安装在飞机上的甲烷传感器到对住宅进行的研究使我们知道,甲烷泄漏不仅发生在石油和天然气生产中,还会发生在供应链上的每一步,再到我们使用的燃气器具。 [6] 我们越早使用电气设备更换燃气设备,就能越早地消除这些额外的甲烷泄漏源。

从1984年起,美国环保协会主席弗雷德·克虏伯(Fred Krupp)一直坚持不懈地传递着这一信息,将它既作为紧急事件,也作为一个独特的机遇。他的组织在保护环境方面有着悠久而传奇的历史,并取得了诸多战果。该组织在清除汽油中的铅和禁止危险农药滴滴涕方面发挥了重要的作用。如今,这家全球性的非营利组织拥有700名全职员工,年预算为2.25亿美元。

追踪 甲烷 的紧迫性
源于它对地球巨大的
升温效力。

弗雷德·克虏伯

甲烷具有非同寻常的迅速升温效力,其影响是目前正在导致地球气候变暖。科学家和政策制定者日益认识到一个现实,那就是即使不考虑脱碳的需要,减少甲烷排放本身也十分重要。甲烷在大气中扩散的速度远远快于二氧化碳,前者扩散只需要大约10年,而后者则超过100年。因此,如果能够实现我们2025年和2030年的阶段性甲烷减排目标,气候变暖趋势将得到遏制,甚至在此后很快会产生冷却效果。

这种紧迫性尤其体现在北极地区夏季海冰问题上。我们知道,如果不降低甲烷排放量,就无法阻止海冰的消失。这当然也包括来自肉牛和奶牛的甲烷排放。但在美国环保协会,我们专注于石油和天然气行业。我们现在就有一个机会,能够减少甲烷排放并阻断这些反馈回路。如果不这样做,北极地区夏季海冰将会基本上消失殆尽。

好消息是,能源行业现在已经认识到了这个问题。行业内的大公司,包括埃克森美孚公司和雪佛龙公司(Chevron)、壳牌公司(Shell)、BP集团(英国石油)、沙特阿美公司(Saudi Aramco)、巴西国家石油公司(Petrobras)和挪威国家石油公司(Equinor),已经做出了相关承诺。这些公司成立了一个名为油气行业气候倡议组织(Oil & Gas Climate Initiative,OGCI)的投资共同体,承诺降低甲烷浓度,并支持到2030年消除常规燃烧,即废弃甲烷的燃烧。

坏消息是,该共同体只包括上市公司,而不包括俄罗斯、伊朗、墨西哥、印度尼西亚和中国 的国有企业,这些企业的甲烷排放问题必须借助外交手段加以解决。所有这些公司都需要立即行动,封堵其运营过程中的泄漏和其他无组织排放。

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除了行业中期目标, 我们还需要一个计划,促使化石燃料公司加 快步伐,到2025年消除甲烷排放。 石油和天然气公司需要制定战略,确保实施现场测量、监控和设备升级。许多公司当前使用的生产设备阀门在设计上仍然会根据流经阀门的气体压力而自动排放甲烷。这种传统设备很容易被不排放气体的现代阀门取代。这种阀门目前已经存在,每个阀门只需要300美元。

在行业开始履行其减排责任的同时,MethaneSAT将着手检测未被封堵和报告的甲烷泄漏。我们需要强有力的禁止性法律和强制执行手段,以消除这些无组织排放。

2016年,在奥巴马政府任期即将结束的几个月里,美国环保署最终敲定了一项有关甲烷污染的法令,要求在所有新的油气田实施泄漏检测和修复。但随着特朗普政府暂停该法令的执行,2018年至2020年间,美国水力压裂现场的泄漏现象激增。 [7] 2021年4月,拜登政府将防止甲烷泄漏作为基础设施一揽子计划的核心内容,把重点放在废弃井口上。

为了控制采矿和钻井作业,各国及其监管机构必须提高警惕。必须加大执法力度,有效控制新项目和既有项目中的泄漏问题。弗雷德·克虏伯表示:“有些泄漏是有意为之。”出于安全和经济考虑而在开采现场燃烧废气的火炬燃烧做法必须作为不必要排放和天然气浪费行为受到严格监管。 必须完全禁止将甲烷直接排放到大气中。

全面转向电动化

作为一名自豪的加州居民,我想向四次连任我们州长的杰里·布朗(Jerry Brown)表示衷心感谢。早在气候问题成为全球性问题之前,布朗就已经开始倡导打造更清洁的环境。一系列举世瞩目的全球首创环保举措经他之手签署成为法律。1977年,加州颁布了一项史无前例的屋顶太阳能税收优惠政策。第二年,加州出台了有史以来第一个建筑和电器能效标准。1979年,布朗签署了世界上最严格的反烟雾法,下令禁止使用含铅汽油,暂停使用核电,并禁止海上石油钻探。

加州这个全球第五大经济体从未松懈。2002年,随着共和党人阿诺德·施瓦辛格(Arnold Schwarzenegger)当选州长,加州政府在气候领域展开了两党合作。这位共和党州长签署了《全球变暖解决方案法案》(Global Warming Solutions Act),旨在到2050年将温室气体排放量减少80%,此举使加州名副其实地成为气候问题领域的全球领袖。

2011年,杰里·布朗再次当选州长,并重新开始签署一系列具有里程碑意义的法案。2018年,在他卸任的前一年,他签署了一项法规,要求到2030年,加州60%的电力生产来自清洁能源,最终到2045年100%的电力生产来自清洁能源。加州成为世界上致力于完全实现清洁电力生产的最大的司法管辖区。

然而,从全美国的角度来看,我们还有很长的路要走。大约一半美国家庭和餐馆仍然依赖燃气灶和炉灶,许多厨师不愿意改用电。 天然气公司正在利用人们对化石燃料的偏爱精心策划各类营销活动。

根据《消费者报告》(Consumer Reports)做出的广泛测试,在大多数烹饪任务(包括煮、炖和烧烤)中,电磁炉的性能均优于燃气炉灶。电磁炉不是依靠火焰,而是利用磁场产生能量来加热铸铁或钢制锅具。由于没有燃烧器,它们比煤气灶更安全,向空气中排放的有毒气体更少。位于伦敦的米其林星级餐厅Pidgin的合伙人詹姆斯·拉姆斯登(James Ramsden)表示:“我喜欢我们的大电磁炉灶,我不会再回头去用煤气灶了。”超级明星厨师托马斯·凯勒(Thomas Keller)、里克·贝利斯(Rick Bayless)和蔡明昊也是电磁炉的支持者。各地的建筑规范应规定新建筑使用电磁炉,同时应对老建筑提供激励措施,鼓励用户逐步减少燃气灶的使用。

对于大多数烹饪任务而言,电磁炉的表现均优于燃气灶

我们宏伟的能源未来

随着我们逐渐改变烹饪、取暖和出行的方式,美国许多州长期停滞不前的电力需求将再次上升。因此, 我们的电网需要升级, 以支持未来的能源负荷, 以及太阳能和风能等可变能源的不断涌入。美国的电网已经过时了,这并不是夸张的说法。为了实时满足需求并通过高压输电线路远距离输送能源,电网需要变得更加智能。

一些公用事业公司在这方面比其他公司做得更好。一些公司安装了“需求响应”系统,将软件与数千个恒温器的内置芯片进行连接。在地区出现电力短缺时,“智能”电网向同意少用空调以降低峰值用电量的消费者提供返利。另一种方法是“净计量”,即只要一个家庭的发电量超过其耗电量,太阳能屋顶就会将电力反输送回电网。 除了能够让太阳能发电者节约一笔电费,净计量对地球来说也是一种胜利。

同时,越来越多零排放电力涌入世界各地的电网也使一个更大的挑战隐隐显现。今天全球生产出的2.7万太瓦时的电力很快将远远无法满足我们的需求。 [8] 国际能源署宣称,到2050年,我们将需要至少5万太瓦时的容量来支持数千万辆新增的电动汽车。像埃隆·马斯克和林恩·朱里奇自始至终认为的那样,一旦太阳能电池板为千万家庭供电,人们的车库就将成为他们的加油站。

有了 太阳能房屋
人们的车库将成为
他们的加油站。

能源效率的力量

在历史上的大部分时期,国民经济的增长与能源使用量的增长同步。许多人认为,创造一美元GDP所需的能源或多或少是固定的,但牛津大学物理学家阿莫里·洛文斯(Amory Lovins)却持相反的观点。他认为:我们可以在极大减少能源使用的同时保持经济增长。1982年,洛文斯与人共同创立了落基山研究所(Rocky Mountain Institute),致力于提高能源效率。他位于科罗拉多州老斯诺马斯市的太阳能房屋采用99%的被动式供热,成为节能型房屋设计的样板。这所房屋的一大特色是带有一个温室,其中没有火炉,但洛文斯全年都可以在那里种植香蕉。

洛文斯说,能源效率的飞跃肉眼可见,它们能够可靠地帮助我们更快向零排放的未来过渡。例如,LED(发光二极管)照明比传统灯泡省电75%。设计更高效的管道和导管可以减少泵和风扇系统90%的摩擦力。

2010年,落基山研究所为纽约市帝国大厦的翻新工程提供咨询服务,最终帮助大厦实现了节能38%的成效。其他著名的建筑紧随其后。“需要改进的不一定是技术,”洛文斯表示,“而是设计,是选择如何对现有技术进行综合利用。”帝国大厦的节能成果来自隔热窗户、增加辐射屏障以及优化取暖和制冷系统。 任何写字楼或家庭都可以这样做。

在美国,建筑物消耗了将近75%的电力。 现阶段,建筑物必须经常使用两套不同设备进行供热和制冷,即烧气或烧油的锅炉和由电力驱动的空调。下一个飞跃将是彻底抛弃旧设备,安装一台电热泵,在一台设备上同时提供这两种服务。 这些聪明的系统既能供热又能制冷,能将一个单位的电能转化成三个单位或更多的热量,同时还有工业化版本供大型建筑物使用。虽然这项技术的造价仍然较高,但它已经准备就绪,只需要联络离自己最近的授权经销商即可安装。

大多数人只有在原有设备坏掉的时候才会考虑使用电热泵。但公用事业公司可以提供激励措施,鼓励人们以电热泵取代燃气设备,就像它们针对密封条、保温隔热层和“能源之星”(Energy Star)认证电器等节能举措提供激励一样。仅在2019年,“能源之星”计划就帮助美国人减少了390亿美元的能源成本,减少了3.9亿吨温室气体排放,占美国总排放量的5%。

截至2018年,美国在能源效率方面仅排名区区第十位, 落在德国、意大利、法国和英国之后。 如果美国其他地区在能源效率方面能够与加州保持同步,全美国目前的二氧化碳排放量将减少24%。 这一领域的大部分潜力尚未被开发。对洛文斯来说,下一代的能源效率提升可能会使20世纪70年代以来所实现的节能成果相形见绌。

大型公用事业公司很容易受到市场波动的影响。到21世纪20年代末,目前正在形成的各种力量(从监管转向到更智能、更高效的电网)可能会吞噬整个行业收入的一半。每增加一个屋顶太阳能装置,都意味着传统公用事业业务收入的减少。

电网正在慢慢摆脱陈旧、低效和基于化石燃料的模式,这种模式集中、单向、以供应为中心,并且在需求高峰期脆弱不堪。未来的智能可再生能源电网将是分布式、双向和以客户为中心的。它将更富有效率,也更富弹性。目前面临的阻碍之一是为按需供电累积足够的储能,以补偿太阳能和风能的波动。随着可再生能源成本的持续降低,电网可以不断增加更清洁的能源和能源存储,以满足客户的需求和运营地区的限制。每一次采购,每一次效率的提升,每一次计量政策的变化,都让我们离清洁电网更近了一步。

人类在未来30年向新能源模式的转型将是一项伟大的成就。 终,所有化石燃料发电厂都要关闭。 天然气的使用必须逐步减少,煤炭则将永远成为历史,这是人类的必由之路。我们的目标是在尽可能多的国家、尽可能快地完全实现电网零排放。

速度与规模:减排至净零

不过,为了保护气候,人类不能只盯着能源问题,而是要拓宽视野,特别应思考如何养活全球的人口。我们吃的食物及其生长方式在全球温室气体排放中占据了惊人的份额。在下一章,我们将研究如何重塑粮食和农业系统,以帮助人类迈向净零排放的未来。

最终,所有化石燃料发电厂都要关闭。天然气的使用必须逐步减少,煤炭则将永远成为历史, 这是人类 的必由之路

[1] Newton, James D. Uncommon Friends: Life with Thomas Edison, Henry Ford, Harvey Firestone, Alexis Carrel, & Charles Lindbergh . New York: Mariner Books, 1989.

[2] Schwartz, Evan. “The German Experiment.” MIT Technology Review , 2 April 2020,www.technology review.com/2010/06/22/26637/the-german-experiment; “Feed-in Tariffs in Germany.” Wikipedia, 21 March 2021, en.wikipedia.org/ wiki/Feed-in_tariffs_in_Germany.

[3] Schwartz, Evan. “The German Experiment.” MIT Technology Review , 22 June 2010,www. technologyreview.com/2010/06/22/26637/the-german-experiment.

[4] Nova . PBS, 24 April 2007, www.pbs. org/wgbh/nova/video/saved-by-the-sun.

[5] “India Exceeding Paris Targets; to Achieve 450 GW Renewable Energy by 2030: PM Modi at G20 Summit.” Business Today , 22 November 2020, www.businesstoday.in/current/economy- politics/india-exceeding-paris-targets-to-achieve-450-gw-renewable energy-by-2030-pm-modi-at-g20-summit/story/422691.html.

[6] Plant, Genevieve. “Large Fugitive Methane Emissions from Urban Centers Along the U.S. East Coast.” AGU Journals , 28 July 2019, agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019GL082635; Lebel, Eric D., et al. “Quantifying Methane Emissions from Natural Gas Water Heaters.” ACS Publications, 6 April 2020, pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b07189; “MajorU.S. Cities Are Leaking Methane at Twice the Rate Previously.” Science | AAAS, 19 July 2019, www.sciencemag.org/news/2019/07/major us- cities-are-leaking-methane-twice-rate-previously-believed.

[7] Lipton, Eric, and Hiroko Tabuchi. “Driven by Trump Policy Changes, Fracking Booms on Public Lands.” New York Times , 27 October 2018, www.nytimes.com/2018/10/27/climate/trump-fracking-drilling-oil-gas.html; Davenport, Coral. “Trump Eliminates Major Methane Rule, Evenas Leaks Are Worsening,” updated 18 April 2021, https://www.nytimes.com/2020/08/13/ climate/trump-methane.html.

[8] “Net Zero by 2050—Analysis.” 59 LED lighting, for one example, uses 75 percent less: Popovich, Nadja. “America's Light Bulb Revolution.” New York Times , 8 March 2019, www.nytimes.com/interactive/2019/03/08/climate/light-bulb- efficiency.html. dIw2cC7J6iWrnZjGHOvbhQ5DlLNw66VyVxyH8FypSyJe3rbactf1NuObL5b55zJ/

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