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超级技术：改变未来社会和商业的技术趋势 [:1704607202]
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超级技术：改变未来社会和商业的技术趋势 第9章 能源技术：再生能源的崛起[1]
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由于太阳能和风能发电，以及储电技术的进步，能源的消费模式即将迎来剧变。
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工业革命之后，化石燃料成为世界的主要能源来源，这带来了经济的腾飞、生活水平的提高以及社会的繁荣。很遗憾，它也带来一个负面影响：化石燃料的燃烧将大量的污染物和二氧化碳排放到大气中。一个多世纪以来，人类一直依靠这种肮脏的、有限的、给气候带来不可逆影响的能源。
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在未来几十年中，将会发生巨大的变革：远离化石燃料。技术的提高和成本的降低都很显著，特别是太阳能和风能，即使在2020年之后各国政府不再给予补贴支持，其发电量占比也可能从现在的5%上升到2040年的30%（见图9–1）。另外，蓄电池的质量越来越好，越来越便宜，能够成为电动汽车的推动力，也可以保存更多接入电网的再生能源电力。
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图9–1 走向绿色：全球电力构成
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这种变革的迹象已经很明显。根据国际能源署（IEA）的报告，2015年可再生能源的发电量占新发电量的90%左右，其中风力发电占了一半以上。同样，调查公司彭博新能源财经的创始人之一，迈克尔·里布瑞奇也表示，现在全球电网的新增发电量中，来自可再生能源的电量已经超过了化石燃料。作为开拓者，德国和加利福尼亚州的可再生能源电力占比达到了30%。
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化石燃料不会突然消失，相反，它们的使用将随着时间的推移逐渐减少。但是历史上能源来源经历了一段只有几十年的剧变，即从木材到煤炭再到石油和天然气（见图9–2）。由于2/3的温室气体排放来源于能源的生产和使用，下一次转型的速度和广度将决定能否把全球变暖控制在最低水平。
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图9–2 美国能源消费变化
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阳光普照
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自从1954年贝尔实验室推出了第一块实用的太阳能电池以来，太阳能发电已走过了很长一段路。从那个时候起，太阳能到电能的转换效率几乎翻了两番，从最早的6%提高到现在最好的硅电池板的23%。同时，光伏模块的成本从1950年的将近300美元每瓦，下降到现在的大概60美分每瓦（见图9–3）。因此，在没有政府补贴的情况下，相对于化石燃料，太阳能发电在成本上已经具有了竞争力。
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图9–3 太阳能成本曲线
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目前太阳能发电占全球电力的1%左右，虽然这看起来很小，但光伏产业一直在蓬勃发展。光伏装机量在2000—2014年的年复合增长率达到44%。自2012年以来，全球的太阳能光伏发电量比以前所有的加起来还多。
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太阳能电池由吸收太阳光并将其转换为电能的材料制成，目前最常见的材料就是硅。这是一种脆性材料，为了更耐用需要封装并安装在刚性框架中，这就限制了面板只能安装在屋顶，或在野外大面积安装。但是，根据麻省理工学院的一份报告——《太阳能的未来》，即使没有重大的技术进步，目前的硅基太阳能电池技术也已经足够完善，在2050年之前将得到广泛应用，实现碳排放量的大幅减少。
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报告也指出，目前正在开发的技术有可能更容易、更便宜地制造太阳能电池，并且可以以各种方式安装，转换效率与硅差不多。新的太阳能电池材料可以在柔性基板上得到更薄的沉积层，因此更加轻便、更容易安装。另外，由于它们使用透明材料制成，吸收人眼不可见的光，能够融入周边任何环境。该报告的作者——麻省理工学院新兴技术系教授弗拉基米尔·布洛维奇表示，新技术具有在任何物体表面发电的潜力。
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如果真是这样，那么太阳能电池将得到更为广泛的应用。在接下来的几十年中，随着这些技术从实验室走向市场，它们首先可能出现在小型电子消费品上，以及窗户玻璃的透明膜上，然后成为纺织品的一部分，包括窗帘或者衣服。
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硅太阳能电池以及新兴的薄膜太阳能电池的材料都很丰富，可以进行大规模生产，进行大规模安装部署也没有问题。根据麻省理工学院的计算，到2050年，如果美国所有的用电量都使用硅基太阳能技术来发电，那么将需要整个国家0.4%的国土面积来铺设太阳能面板，也就是大约西弗吉尼亚州的一半。但是，如果在美国阳光最充足的地区安装最有效率的太阳能面板，那么这个面积可以减少约2/3。
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风中摇曳
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与太阳能类似，风能也是广泛分布、无污染以及可再生的能源。目前风力发电机提供全球约4%的电力。风力发电成本从20世纪80年代的每千瓦小时高达30美分下降到目前的每千瓦小时3美分。
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早期的风力发电机体积小巧，容量只有几十千瓦，现在的发电机更大、更高，容量通常在2.5兆瓦左右，轮毂高度为80—120米。轮毂更高的好处在于可以在较高的地方获得更高的风速。同时，更长的叶片和更大的转子可以扫过更宽的区域，在同一位置获得更多的能量。
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美国能源部《风能愿景》报告的管理顾问埃德加·德莫奥说，技术的持续进步为风力的开发利用开辟了广阔的应用空间。这份报告于2015年发布，展望了2050年美国风力发电的潜力。根据该报告，下一代风力发电机可以增加将近190万平方公里的风能可用区域，将是使用旧涡轮发电机技术（2008年开始使用）的三倍。
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