谷歌RE<C项目反思创新或将使得能源革命创造性的颠覆

当今的可再生能源技术无法拯救我们。

那什么可以？

谷歌创始人拉里•佩奇常喜欢说的一句话是，要解决的问题越难，面临的竞争便越小。对于谷歌公司而言，这一商业理念正确无疑，并且催生了一系列引人注目且又成功的“登月（moonshot）”项目：涉及80种语言的翻译引擎、无人驾驶汽车以及可穿戴式计算机系统“谷歌眼镜”等等。 

自2007年开始，谷歌公司便动用大量资源，致力于解决全球气候和能源问题。在付出的众多努力之中，有一部分取得了极大的成功：谷歌公司部署了世界上最具能源效率的数据中心，购买了大量的可再生能源，并抵消了该公司的剩余碳足迹。

谷歌最为大胆的能源举措便是名为“RE

令人遗憾的是，并不是所有的谷歌“登月”项目都能取得成功。2011年，公司认为RE

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气候学家已明确指出，大气层中二氧化碳的增多构成了一个潜在的危险。无论以金钱还是人类的痛苦来衡量，气候变化都将给下个世纪的人类文明造成重创。为了大幅减少温室气体排放，首要目标便是减少能源行业的排放，因为这个行业是全球最大且单一的排放源。

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当时，我们手头上已经有一些有用的数据。项目叫停同年，谷歌公司曾使用麦肯锡咨询公司的低碳经济学工具完成了一项有关清洁能源创新影响的研究。研究中，最佳案例情形模拟展示了二氧化碳减排的最乐观假设，涉及太阳能发电、风电、能源储存和电动汽车等方面。在这一最佳情形中，美国将能够大幅降低温室气体排放量：2050年的实际排放量将比不采取措施的情况下的预计排放量低55%。

虽然大幅减排肯定是件好事，但这一最佳情形的模拟模型仍然显示，电力行业还会大量使用天然气。这是因为当前的可再生能源会受到相应地理条件及自身的间断发电特征的限制。例如，风电场只有在风力强劲且持续的地方才具有经济意义。此外，研究还显示，交通、农业和建筑行业仍将继续使用矿物燃料。即使最佳案例情形最终得以实现，试问：这从气候角度而言是真正的成功吗？

NASA戈达德空间研究所前主任、世界最知名的气候变化专家之一詹姆斯•汉森（James Hansen）在2008年发表的论文中阐述了当前情形的真正严重性。在这篇文章中，汉森明确指出了“如果人类希望将地球继续维持在那个曾经孕育了人类文明且适于各种生物生存的状态”，大气中二氧化碳的合理浓度为多高。他的气候模型显示，大气中的二氧化碳浓度超过百万分之350（350ppm）时将产生灾难性的后果。现在，我们早已超过了这一安全限值。目前的环境监测结果显示，二氧化碳的浓度已经达到400ppm左右。问题的严重性在于，二氧化碳会在大气层中持续存在一个多世纪之久；即使我们现在关闭所有的矿物燃料发电厂，现有的二氧化碳仍将令地球持续变暖。

我们决定把能源创新研究的最佳案例情形与汉森的气候模型结合在一起，检验一下在2050年之前减排55%能否让地球重返二氧化碳浓度低于350ppm的阈值的水平。然而，计算结果完全事与愿违。即使各项可再生能源技术都能像设想的那样迅速发展，并能在全球范围内推广应用，大气二氧化碳浓度也不仅不会保持在350ppm水平，反而还会因为矿物燃料的继续使用而呈指数级增长。因此，即使基于对可再生能源的最乐观预测，我们的最佳案例情形也仍然会导致严重的气候变化以及与之相关的各种可怕后果：气候带转移、淡水短缺、海岸侵蚀、海洋酸化等等。我们推测，要逆转这一趋势既需要廉价零碳能源技术取得飞速进步，又需要开发一种能够从大气层中提取二氧化碳并进行碳储存的技术。

这些计算结果为谷歌的RE

这一发现促使我们重新考虑能源的经济状况。我们得出结论，我们真正需要的是可靠且足够廉价的零碳能源，使发电厂和各类工业设施的运营商出于经济利益考虑，较快地转为使用这种能源——所谓较快，也是指在未来40年之内。我们不得不接受的是，企业并不会单纯在利他主义的基础上作出牺牲，为清洁能源付出更多。相反，我们需要的是能够迎合他们营利动机的解决方案。RE

以美国一家投入运行数十年的普通煤炭或天然气发电厂为例，其发电成本相当于每千瓦时4至6美分。设想一下，什么因素才会促使拥有这家发电厂的公用设施公司关闭发电厂，并重新建立一家使用零碳能源的替代发电厂呢？发电厂主一定会考虑到建立新厂的资本投入以及运营和维护这家新电厂的持续成本——同时，还需要在低于0.04至0.06美元/千瓦时的发电成本下盈利。

这个目标实在很难实现。但是，困难远不止于此。尽管大型煤炭发电厂生产的电能从物理角度来说与屋顶太阳能电池板产生的电能没什么两样，但它们的价值却不尽相同。在市场上，公用设施公司所支付的不同电价是由供能的难易程度决定的，提供的电能需要可靠地满足当地需求。

可快速上下调整的“可调度”电力的市场定价最高。分布式电力，即在离电表较近的位置生成的电能，价值会比较高，原因在于它避免了传输和配送过程中的成本和损耗。美国本土的居民用户购电价格在0.09至0.20美元/千瓦时之间不等，电价的绝大部分用于支付传输和配送成本。这个环节隐藏着变革的机遇。分布式的可调度电源可以推动发电能源的变更，但前提是降低终端用户的电价，使本地市场售电价格低于0.09至0.20美元/千瓦时这一区间。在这样的价格基础上，零碳系统将会成为经济实惠的不二之选。

令人遗憾的是，当前的大部分清洁发电能源都无法提供分布式且可调度的电力。例如，虽然每家屋顶上都可以安装太阳能电池板，但在没有太阳的时候电池板就无法发电。如果我们能够发明出一种分布式的、可调度的电力技术，则有可能使能源市场以及公用设施机构及其客户的角色发生改变。规模较小的市场参与方不仅能够发电，还能够通过以实时价格与其他参与方进行能源买卖而获利。小型运营商所拥有的基础设施远远少于公用设施公司，但具有强劲的冒险精神，因此也许会更加自由地进行各种尝试，并且能够以更快的速度取得宝贵的创新成果。

同样，我们需要竞争性能源为肥料厂、水泥制造商等工业设施提供电力。一家水泥公司决不会轻易尝试采用任何新技术为干燥炉加热，除非这种技术能够省钱，提高利润。总的来说，我们需要的是不依靠补贴或政府法规（对使用矿物燃料进行惩处）的解决方案。当然，任何能够提高矿物燃料使用成本的措施，无论是设定污染限度还是直接对碳排放征税，都有助于提高能源技术的本地竞争。但是企业或许会将制造部门（及其排放）转移到其他地方。因此，我们不应该只依靠政治家的高远理想推动转变，更加保险的做法是凭借企业的自身利益，换句话说就是企业的底线。

在电力行业，这条底线就是发电成本和电价之间的差价。仅就美国而言，我们的目标是在未来40年内更换掉装机容量为1太瓦的发电基础设施。如果没有高利润率的突破性能源技术，这一目标就不可能实现。补贴措施在最初可能会有帮助，但只有私营部门和活跃投资者们的参与才能促成新技术的快速采用。同时，每一年的利润必须在足以令投资者满意的同时又能为下一年的资本投资提供资金。伴随新技术部署的指数级发展，发电企业将能在2040年之前实现每年更换30千兆瓦装机容量的目标。

在能源革命进行的同时，另一个领域也需要取得进步。正如汉森所指出的，即使所有发电厂和工业设施都立刻转为使用零碳能源，我们的大气层中仍存有破坏性数量的二氧化碳。要让大气层中的二氧化碳浓度回归正常水平需要若干世纪的时间，也就是说，全球变暖和不稳定的状态还要持续数世纪之久。汉森的模型显示，为了将二氧化碳浓度降到安全水平以下，我们不仅要尽快停止排放二氧化碳，还要采取积极措施从空气中移除二氧化碳，并进行稳定形式的碳储存。汉森建议通过重新造林实现碳汇。我们要全力支持种植更多树木，同时也要敦促科学家和工程人员积极寻求碳储存的颠覆性技术。

现有技术的逐步发展和进步根本不足以解决问题；我们需要的是能够在真正意义上彻底逆转气候变化趋势的技术和手段。那么，究竟什么样的能源技术才能够实现颇具挑战性的成本目标呢？如何从空气中移除二氧化碳？很遗憾，我们现在还没有答案。这些技术还没有发明出来。但是，我们却可以为实现能源行业创新献计献策，从而促成这些突破性的发明。

首先让我们了解一下谷歌公司的创新方式，这一创新方式可以被归纳为70-20-10规则。该规则深得谷歌执行主席埃里克•施密特（Eric Schmidt）的拥护和支持。该规则建议，70%的雇员时间应该用于完成核心业务任务，20%用于与核心业务相关的编外项目，而最后的10%则留给有潜力带来真正颠覆性成果的奇思妙想。

如果政府和能源公司在其技术研发投资方面也采用类似的方式，那岂不是很棒？其结果可能就像谷歌公司一样，以最快的速度实现能源创新。采用70-20-10规则将能够带来多种项目的投资组合。绝大部分的研发资源将投入现有的且行业了解该如何建立并有利部署的能源技术。这些技术可能根本无法使我们免遭气候变化，但却可以降低这一亟待解决的问题的难度。另外20%的研发资源可用于各类有望具备经济可行性的尖端技术。最为关键的是，最后10%的研发资源可以投向那些看似疯狂但却有可能产生深远影响的创意。我们的社会需要为科学家和工程人员提供充裕的资金，供他们不断提出和测试新的创意，虽有可能很快失败，但却可以分享他们的经验教训。当前的能源创新周期仍以数十年计，究其原因，在很大程度上是因为投入决定性研发工作的资金实在少得可怜。

我们现在并不是要预测这一“堪当大任”的技术究竟是什么样子，但首先它的成本需要远远低于矿物能源系统。例如，一套颠覆性的发电系统将不会利用煮沸开水这种方式来驱动传统的蒸汽涡轮。上述这类过程增加了资本和运营费用，而且如果新的能源技术仍大量使用现有流程，就很难想象其如何才能以远低于现有燃煤电厂的成本发电。

举例来说，一项颠覆性的聚变技术也许根本不需要蒸汽就可以生产出能直接转化为电的高能带电粒子。对于工业设施而言，也许成本低廉的合成甲烷便可以取代传统的天然气。或许将来会出现一项完全颠覆现有市场经济规则的技术，在发电的同时又能生产出肥料、燃料或淡水。在碳储存方面，生物工程人员也许会培育出一种特殊用途的庄稼，吸走空气中的二氧化碳然后将碳储存在土壤之中。毫无疑问，如果人类的想象力以及科学和工程学能够自由发展，各种不可预知的发明创造均有可能实现。并且，未来一定会有多种途径将大气层中的二氧化碳浓度降至汉森提到的安全等级。

我们非常高兴谷歌公司尝试了RE

我们始终是充满希望的，因为有些时候，工程师和科学家们的确能够变不可能为可能。就像阿波罗太空计划，那需要一系列异乎寻常的火箭发明才能把宇航员送到月球。麻省理工学院的工程人员们利用最初的集成电路，在计算机如同屋子大小的真空管时代，就制造出了轻量紧凑的阿波罗制导计算机。他们的成就极大地推动了计算机科学的发展，并帮助人们创造了当今精彩奇妙的网络世界。现在，研发资金必须投向那些正在应对严峻能源挑战的发明家们，这样才能帮助他们大胆地试验各类疯狂的创意。虽然我们现在无法想象哪些技术最终才能奏效并带来一个繁荣的新时代——但生活在繁盛未来的人们一定无法想象没有这些技术该怎么办。