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谷歌RE<C项目反思 创新或将使得能源革命创造性的颠覆

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<C”的项目,该项目旨在开发发电成本比燃煤火电厂更低的可再生能源。谷歌曾宣布,将通过投资创业公司和开展内部研发工作的形式帮助这一颇具前景的技术迅速成熟起来。RE<C项目的远大目标是在数年(而绝非数十年)之内,利用这种可再生能源,以比火电厂低得多的成本使发电容量达到1千兆瓦。

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<C项目未能实现预定目标,因此终止了这一计划。我们(本文的两位作者)曾经是负责谷歌公司内部RE<C项目的工程师,当时就被公司要求重新审查该项目的理论设想。



在RE<C项目伊始,我们像许多坚定的环境保护论者一样坚信:随着当前可再生能源技术的稳步发展,我们的社会一定能够避免各种灾难性的气候变化。现在,我们已经意识到这种希望是不切实际的,但是,这并不意味着我们的地球就注定会灭亡。

在对RE<C项目进行反思的时候,我们得出了一个结论:即使谷歌及其他公司能够率先大量使用可再生能源,这一转变仍不足以大幅减少二氧化碳的排放。仅仅依靠当前的可再生能源技术应对气候变化是不会奏效的;我们需要采取一种完全不同的方式。因此,我们在此发出行动倡议。只有全社会都能真正重视问题的实际严重程度,并在此基础上明确该问题的重要性,我们才有希望避免灾难的发生。



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。

RE<C项目曾投资了一些大规模的可再生能源项目,并研究了众多创新技术,例如自组装风轮机塔、地热能源钻井系统以及收集太阳能作为热能的太阳热电系统。对我们而言,设计和建造新式的能源系统虽然困难,但却是一项回报巨大的工作。但是,在2011年时,很明显RE<C项目未能开发出一种在经济方面可与煤炭相媲美的可再生能源技术,于是谷歌公司正式终止了这一计划,并叫停了相关的内部研发。最终,我们俩被赋予了一项新的挑战。谷歌公司研究部副总裁阿尔弗雷德•斯佩克特(Alfred Spector)要求我们对该项目进行反思,核查项目所基于的假设理论,并从其失败中吸取经验教训。

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<C项目带来了发人深省的启示。现在,就让我们假设RE<C项目已经在最大程度上取得了非同凡响的成功,而且我们已经找到了能够逐渐替代世界上所有煤电厂的廉价可再生能源技术——这种情形基本相当于能源创新研究中的最佳案例情形。即使这一梦想能够实现,仍旧无法解决气候变化的问题。意识到这一点简直太令人震惊了:RE<C项目非但未能实现创造出比煤炭更为廉价的能源的目标,即使实现,这一目标也根本不足以逆转气候变化的大趋势。

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<C项目所声称的目标是制造出比煤炭更加廉价的可再生能源,但很明显的是,这并不足以推动基础设施进行彻底的改头换面。那么,我们究竟应该以何种价格水平为目标呢?

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。
山不在高,有仙则名;水不在深,有龙则灵。
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