以上和你分享的內容主要來(lái)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(huà).

  前言：崔屹教授獲得了美國能源領(lǐng)域的最高學(xué)術(shù)獎項2021年的勞倫斯獎，勞倫斯這個(gè)名字來(lái)自于美國著(zhù)名科學(xué)家、諾貝爾獎獲得者歐內斯特·勞倫斯，這個(gè)獎專(zhuān)門(mén)表彰在能源領(lǐng)域做出杰出貢獻的學(xué)者。崔教授十幾年前就開(kāi)始系統地研究新能源問(wèn)題，因此從他那里得到的信息應該是具有很高的權威性的。

1.清潔能源最大的問(wèn)題是成本？

太陽(yáng)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(wèn)）
畢竟，如果太陽(yáng)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)保費用，今天其實(shí)太陽(yáng)能發(fā)電的成本已經(jīng)和煤電差不多了。

今天，太陽(yáng)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(yáng)能板的壽命提高了，從過(guò)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(yáng)能板的制造成本下降了。

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

但無(wú)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(lái)，太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電就沒(méi)有那么便宜了。

因為適合太陽(yáng)能發(fā)電的地方大多是距離城市較遠的曠野甚至荒漠，而在高人口密度的城市中，太陽(yáng)能發(fā)電的效率并不高，也就是說(shuō)電發(fā)出來(lái)了，還需要經(jīng)過(guò)長(cháng)途的運輸才能送到使用者手里，這個(gè)輸電成本遠高于傳統的火電廠(chǎng)。

太陽(yáng)能發(fā)電的另一個(gè)問(wèn)題是，發(fā)出來(lái)的很多電其實(shí)入不了電網(wǎng)，只能浪費掉。如果發(fā)出來(lái)的每?jì)啥入娭挥幸欢饶苋刖W(wǎng)，太陽(yáng)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，白天太陽(yáng)能發(fā)電設備在全力運轉，但此時(shí)我們的用電量其實(shí)是比較小的，那些太陽(yáng)能發(fā)出來(lái)的電如果無(wú)法儲存下來(lái)就只能浪費掉；到了晚上沒(méi)有太陽(yáng)了，我們卻開(kāi)始大量用電。

對于這個(gè)問(wèn)題我的老師問(wèn)崔教授，能不能在白天多用太陽(yáng)能，減少火電的使用，把節省下來(lái)的燃料主要用于晚上發(fā)電。崔教授講，美國的加州現在已經(jīng)在這樣做了。但是電網(wǎng)的管理是一件極為復雜的事情，如果沒(méi)有大規模的儲能設備，每天太陽(yáng)日照最強時(shí)所發(fā)的電，還是會(huì )浪費掉很多。

目前，加州太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源每天所發(fā)的電可以夠當地使用大約4小時(shí)，大概占總用電量的20%。在這個(gè)階段，儲能的問(wèn)題并不突出，因為白天發(fā)的電基本上白天就用完了，剩不下多少。

但如果太陽(yáng)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，就必須有大規模的儲能設備儲電才能保證不浪費。到那時(shí)，如果要把太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)的一半電用鋰電池儲存下來(lái)，大約要投入230億美元。注意，這不是一次性投資，因為電池是消耗品，目前的鋰電池的壽命只有3年，和我們手機電池的壽命差不多。

儲能技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)是什么？

那么能否提高電池的儲電能力，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(méi)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(guò)一倍。崔教授的這個(gè)判斷應該說(shuō)很有權威性了，之前信里也說(shuō)過(guò)，崔教授在學(xué)術(shù)界成名就是靠著(zhù)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極材料的鋰電池，從理論上講這能夠將電池的能量密度（也就是單位質(zhì)量或單位體積所儲存的電能）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》評為當年“十大改變世界的技術(shù)”，同年他也被路透社評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，對各種新型電池容量的成倍提升也不樂(lè )觀(guān)，他認為，能夠將電池的能量密度再提高一倍可能就已經(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，研制出能量密度增加一個(gè)數量級（也就是10倍）的電池，但崔教授認為這是一種妄想。

當然，有人可能會(huì )想世界上材料那么多，是不是將來(lái)科技發(fā)達了，我們就能找到新材料來(lái)做電極，制造出能量密度很高的電池呢？對于這個(gè)問(wèn)題，目前能夠給出的回答也是否定的，換言之，短時(shí)間內基本不可能。

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(lái)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(chēng)為標準電極電位，通俗地講就是這種材料能產(chǎn)生多少電。金屬鋰同時(shí)也是電極電位絕對值最大的金屬之一，絕大多數化學(xué)元素都不如鋰。也就是說(shuō)自然界的元素不管怎么配，要取代鋰幾乎是不可能的。

對于未來(lái)可能的新型電池，崔教授提到了一種用氧氣和鋰作為正負極的電池，這是理論上能夠達到最高能量密度的元素配對了，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(chēng)為鋰空氣電池。但它目前只存在于理論上和實(shí)驗室里。崔教授認為，投入應用之后，鋰空氣電池能夠比現有的鋰電池提高一倍的儲電效率，人們就應該滿(mǎn)意了。

崔教授在這里有一段感慨，他說(shuō)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，要在目前的基礎上提升效率，無(wú)論是發(fā)電還是儲能，難度都很大。

如何系統性地看待新能源技術(shù)發(fā)展？

問(wèn)崔教授：如果把新能源技術(shù)看作一個(gè)系統，應該如何發(fā)展呢？崔教授強調了兩點(diǎn)：首先是要將儲能看作新能源發(fā)電體系的一個(gè)重要部分，不能只重視發(fā)電，忽視儲能。

其次，在降低儲能成本方面，主要要依靠延長(cháng)電池的壽命。因為電池的價(jià)格難以降低，容量難以提升，但如果使用壽命能提高一倍，儲能成本就降低了一半。沿著(zhù)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(lái)說(shuō)，目前鋰電池的技術(shù)路線(xiàn)之爭主要存在于這兩種路線(xiàn)之間：一是發(fā)展三元鋰電池，二是繼續改進(jìn)傳統的磷酸鐵鋰電池。

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(mén)，目前國內的媒體幾乎一邊倒地認為三元鋰電池更好，因為它的能量密度更高，我們今天大部分手機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)：可充電次數少，性質(zhì)不穩定，在300攝氏度以上的環(huán)境中就可能出問(wèn)題。充電次數少，就造成了儲電的成本上升。性質(zhì)不穩定，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定的性質(zhì)，而且可充電次數是三元鋰電池的兩倍以上。也就是說(shuō)，在電池壽命上，磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池更有優(yōu)勢，似乎更適合作為大規模儲能的設備。不過(guò)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(lái)那么困難。

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

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(lái)發(fā)電了，風(fēng)速就會(huì )下降，原來(lái)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(chē)，從蒙古高原過(guò)來(lái)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(chǎng)建在了候鳥(niǎo)遷徙的路徑上，發(fā)電廠(chǎng)對氣流的影響會(huì )嚴重妨礙候鳥(niǎo)的遷徙。類(lèi)似的例子其實(shí)過(guò)去就有。很多年前人們就發(fā)現，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，因為高速公路上空的氣流讓蝴蝶無(wú)法飛過(guò)這條界限。

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

當然，清潔能源中除了太陽(yáng)能和風(fēng)能，還有核能和水能。但水能發(fā)電對環(huán)境的影響比風(fēng)能更顯著(zhù)，因此今天在世界范圍內，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，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(lái)。

小結

我們把所有的可再生能源梳理了一圈，你會(huì )發(fā)現，能量供應量最充足、對環(huán)境影響最小的解決辦法，可能還是太陽(yáng)能，當然必須要有配套的儲電技術(shù)。

全世界陸地接收到的太陽(yáng)能，如果能有1%轉化為電能，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(wèn)題，是楊鐳先生提出的，他問(wèn)：如果世界各國不再依賴(lài)石油，阿拉伯國家是否會(huì )面臨經(jīng)濟衰退？

崔教授回答說(shuō)，其實(shí)阿拉伯國家也在考慮發(fā)展新能源計劃。而且阿拉伯半島有極佳的太陽(yáng)能發(fā)電條件，如果在阿拉伯半島范圍內都裝上太陽(yáng)能發(fā)電板，這個(gè)區域發(fā)的電就足夠全世界使用了。到時(shí)阿拉伯國家能賣(mài)的能源，比現在賣(mài)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)小小貢獻和普及！感恩您的閱讀和關(guān)注！后續我們佳名興會(huì )從比較微觀(guān)的層面給您匯報，在企業(yè)的層面如何實(shí)現碳中和??！

                                                              整理：lucy 秦 13927412413