重燃能源之火

卢安武 美国落基山研究所(RMI)主席  2015年01月19日

一、如果我们所使用的能源不会导致我们自身毁灭,我们能想象出这种没有隐忧的燃料么?我们能重塑这一能源的火种么?传统能源带给了人类文明、财富,但是化石燃料的消费已经对人类的健康、经济、环境等方面产生了威胁。因此我们需要新的“火种”,一个新的能让我们安全、可靠、健康、可持续利用的“火种”(即一种新的能源体系)。现在,找到这一新“火种”已经有了可能。

二、从旧能源体系转换到新能源体系,首当其冲的就是要改变占世界碳排放五分之二的石油和电力消费。两者区别很大,不到百分之一的美国电力来自石油,五分之二的电力来自煤炭。汽车消耗的石油占到了石油总消费的四分之三,四分之三的电力用于建筑物供电,余下的石油及电力消费都被供给到了工厂。目前的能源体系不仅效率不高,还存在着缺乏联系、陈旧、不安全和急需改造的问题。

三、这一奇特的新能源体系要如何构建呢?

1、不需要僵化地从国家层面自上而下的推进,而应从州一级甚至市一级开始推广。伴随公民社会的崛起与不断深化新军事革命,市场化、商业化的模式才是最有效的推广方式。

2、有时将难题分解并分而治之是个好方法,但有时也不奏效,有时我们需要更多的选项,将问题合并,将问题的外延扩大。正如艾森豪威尔将军说的,解决不了的难题,就应该将它扩大到将所有该问题所涉及的因素全都包含进去的程度。因此在重燃能源之火这一问题上,我们将其所涉及的运输所需能源、工业所需能源、建筑物所需能源和能源本身四个方面全都包括了进去,而且还合并了四种革命:包括传统技术革命、公共政策革命、以及更为重要的设计、商业策略革命。

3、举例而言,从让汽车摆脱对石油的依赖来分析,汽车行驶时所使用的三分之二的能量花费在了汽车的重量上,而现在我们有了更轻且强度足够的材料用来制造汽车,这会使得汽车变得便宜且更易制造。轻质汽车所需的行驶能量更少,因此其发动机也会变小,将只有原来的三分之一,这将使得电动汽车所需的电池容量变小,电动汽车的价格也会随之下降。轻质汽车制造商也将获得竞争优势。这种汽车制造革命将带来深刻影响:汽车变得更便宜,消耗的能源更少,还会带动新材料新能源产业。目前欧洲主要汽车厂商已经研制出类似的轻质汽车。

4、同样的技术及商业逻辑也可以应用于重型运输工具,例如沃尔玛通过更高效的后勤系统及改进后的卡车设计,节省了44%的燃料使用成本。相似的例子还有美国国家航天局、波音公司及麻省理工学院,他们正在设计燃料使用效率提高三到五倍的飞机。通过这样的重型运输工具的效率改进,美国能节省1万亿美元。

5、军事领域里的能源革命加速了运输工具的制造革命。作为世界最大的石油及可再生能源购买商的美军,在新能源开发利用方面有着重大利益及需求。他们正在努力推动其海空平台的升级改造。这些军事技术革新最终会转为民用,一旦实现,美国的石油储备足以让美国摆脱对石油的依赖,美国将无需再为石油而战。军用技术转为民用技术并产生巨大的效益有着许多成功的范例,例如国际互联网、全球卫星定位系统、喷气式飞行器、大规模集成电路、处理器等的应用,均说明了这一点。

6、在将运输工具设计得更为巧妙的同时,我们也可以更加科学高效地使用它们。例如在城市交通领域,我们可以利用信息技术制定科学高效的交通运行管理规划、规则,使得人们的出行更为高效、有序,从而节省大量因低效、无序带来的社会资源的浪费。例如征收交通基础设施使用费用,过桥费等费用限制交通流量。此外,推动无油交通,逐步淘汰石油消费,首先提高效率然后转换能源,这已经成为政府节约能源的预想。

7、如果我们对电能的需求更少,改变电能生产方式将变得更为容易。实际上,今天电能的大部分是被浪费的,而节电技术的发展速度却比使用安装的速度要快得多。因此节电的更好方式不是储备电能,而是将高效用电的技术进行传播。通过已存在的高效用电技术,即使在推广使用电能汽车的状况下,美国每年的电力消耗仍可以缩减一个百分点。

8、一体化的设计也是一个关键点。在工业方面,一体化设计可以增加5 千亿美元的常规能源储备。陶氏化学就通过一项10 亿美元的改造投资节省了90 亿美元的花费。

9、我们还应从通常会忽略的方面发掘更大规模、更便宜的能源来源。例如我们都知道泵送是马达的最大用途,在上海的一个地毯厂的改造中,通过将细长、弯曲的泵送管道换成粗大的直管,就节省了86%泵送能量。

10、现在的新能源市场中,太阳能与风能是领导者。在美国,每千瓦/小时风能产出的电能成本大约为4 美分,太阳能产电能则不高于13 美分。这么低的价格已经打破了传统联合循环天然气发电厂的电价,而且天然气在美国是相当便宜的。如果在世界范围内应用这些新能源,其产出相当于欧洲去年总产出的68%。实际上,去年世界太阳能发电总量已达59 万千瓦,现在已接近80 万千瓦。因此,能源或者说电能已经从只能由需要多年建设,由国家拥有的大型电厂产出的专业化产品变成为可以由私人公司提供的消费品。

11、在使用新型核能、集中式可再生能源与分布式可再生能源对旧能源体系进行替代的过程中,其改造风险将会影响到美国的国家安全,包括能源、水、金融、科技、气候、人体健康,这一过程实际上是一项风险管理。举例而言,美国有着一个易受断电威胁的统一电网。断电威胁来自太阳风暴、地震或其他自然灾难,还有网络攻击、物理攻击。但通过分布式并经重新组织,由可再生能源驱动的小型电网能有效控制这一风险。这种小型电网的特点是:可正常互联,但在需要是可独立运行,因此有断电风险时,它们是逐渐断开的,并能无缝地重联起来。总之,这种新系统是有效运用多样的、分散的可再生能源的革命性电力系统。

12、在美国的36个州,电力公司会因销售更多的电力得到奖励,而不是直接补贴消费者的方式将使得投资行为发生改变。电力公司会将更多的精力花在提高效率、可再生能源、热电联产等领域,并通过可靠的电力传输来实现电力供给的可靠性。四、重燃能源之火,是由电能与石油革命组成的宏大计划。它能节省政府预算,是新的产业增长点。在这个计划中,商业利润成了新能源的原动力与推动力,明智的市场政策使得我们能摆脱旧能源用上新能源。与此同时,也带来了5万亿美元的商机,并造成82%-86%化石能源消费被取代。总之,在这里,我想描述的不是一个国家的商业机会,而是整个人类历史的重大转换。我们正在塑造新的火种。

 

问答

1、2050的大梦想,不使用石油和其他一些化石燃料,我们可以期待么?

答:当我1976年发表这篇《外交》杂志的文章时,我们得到了传统能源行业非常激烈、愤怒的反应。他们认为这是不可能,这意味着我们要住到洞穴里,重新用蜡烛照明。虽然在此期间,有很多的说法,还有记载着批评与回应的厚厚的国会记录。但当一切尘埃落定时,我想最好的总结来自于大西洋富田石油公司首席经济学家的一段话,他说道:”我个人并不在意Glovens 是否只说对了一半,他的研究是我见过的相关领域最好的。”因为这仅仅是预测,而且一切都才刚刚开始。现在美国已经将单位GDP 能耗降低了一半,中国取得的成就则更大。因此我想我们必须认识到,这是一个全新的领域。我们研究的只是可取得能够购买到的效率(提升),而这只是表面文章而已。实际上,我只在日本做了此项研究。我们认为日本在大多数工业领域中都像一个高效率的公司,但在一项国别比较研究中,其商业楼宇的能效在十一个工业发达国家中仅排第十位,与美国并列汽车能效倒数第二位,卡车能效排第八,工业热电联产排第十,因此即使像日本这样的国家仍可以成三倍地提高其能源生产力。由于日本的单位能源投入仅为中国1/4到1/7。如果将这两个国家结合起来看,长远来说,(两国)经济的充分融合之后,我们甚至可以想见,在座的年轻人将建立一个比现在能源效率高十倍的中国经济,我认为实现这一目标中国人会比任何人都快。

2、很遗憾,我听到您提到了可替代核能的新能源,为何您谈论这个未来10年才会发生的场景?

答:这里(核电市场中)并没有商业机会,因为核电市场并非是私人企业能插足的市场,它越来越成为国有企业之间相互买卖的市场。据我所知,到目前为止,世界上没有哪个公司通过出售反应堆挣钱。只存在着加注燃料与修理(市场)。全球在建的62 个核反映堆中,均是由中央政府出资购买的,因而它不存在公平的比较或者它没有可对比的替代品。因此,在这个意义上,你不会进入这样一个充满机会的市场,但核工程本身是一门美妙的学科。

3、你谈到的似乎是解决目前问题的完美方法,不知道使用这些用分布式计算机系统进行辅助分配新材料,是否会导致其他问题?

答:在我谈到的很多转变中,计算机技术及通讯系统是必不可少的。

4、在您的预测前提下,如果我们继续应用这些解决方案会有怎样的新威胁,新的风险,新的挑战?

答:面临的挑战之一是我们如何处理旧的能源体系。我自己在石油行业工作了39年。在石油理事会,我也告诉其他人如何退出石油业务。这些企业中,如核能企业,它们有很多重要的技能,资产和能力,这些可以让他们在新的世界中蓬勃发展。壳牌是世界领先生物燃料分销商,同时也从事生物炼厂设计。许多石油公司有庞大的其他各种可再生能源的投资和由技术选择的投资组合。如果你拥有大量的石油储备,你的碳氢化合物中的氢的价值远比碳氢化合物本身值钱。即使没有人付钱,你也会愿意保持无碳空气,因为你可以利用氢更高效地挣钱,效率远比你用碳氢化合物挣钱快。很少有人明白这点。石油公司得知这点时也很意外。对于煤炭行业也是一样,煤炭最好最高效的用处是将其用作从蒸汽中制氢,在这点上煤炭所起的作用比燃烧时所起的价值要高得多。

5、您提到使用现存技术可以从住房楼宇中节省能源,您认为实现这一设想有哪些困难?

答:实现提高能源效率存在60到80个具体障碍,其中许多存在与住房楼宇领域。举例来说:个别激励问题——如果是地主拥有房屋,我为何要改造房屋?为何我来支付账单,却由房主来修房?所以,你必须以公平的方式分割成本和收益,或提供创造性的融资,如和平债券,能源服务协议,或者未付款的融资,使双方有正的现金流,那么从一开始他们很难说“不”。我们需要培养更多的伟大的建筑师和工程师做一体化的设计。我们应该支付工程师与建筑师替我们节约的效率,而不应该支付他们为我们消耗的效率。但是我们现在做的恰恰相反。假设我是一个机械工程师,我的工作非常努力,我与建筑师一同缩减住房中的庞大系统的成本。我的收费来自于安装系统的成本及我努力工作的奖励。但是如果我的收入来自我给业主节省的开支,并且团队所有成员的份额都来自与此,那么我们将有一个非常积极非常有创意的团队,我们会创造伟大的业绩并会从所谓价值工程师这么一个既不涉及价值又不涉及工程的概念出发去捍卫自己的工作成果。

奖励电力和天然气公司降低您的开支而不是向您售出更多能源,我认为这将是有益的。正如我所提到的,我们解决了这个问题。在美国,14 个州,20 个油气公司和行业协会支持这一建议,因为它降低了他们的成本和风险。我认为,中国也将大大受益于这种系统。美国19 个州已允许效率竞标。一般情况下,有效率的方案会赢,因为他们的成本小于供给。因此,无论以诚实的价格进行公平竞争的竞争者是通过市场系统还是管理系统,不管是用何种技术、来自哪里,有多大,谁拥有,节省与产生能源都是必不可少的。这几乎是这两个国家经常使用的能源政策。我们需要更好的工具用于设计。欧特克公司主席设计了大量计算机辅助设计软件,他们的软件要求在其设计的管道或者直角中绘图以获得最大限度的摩擦力。为什么?因为这样绘图更为简单。

许多同样的问题存在于中国。我们需要共同努力以免我们犯同样的错误,只有发生新的有趣错误时才能学得更快。

6、纽约对帝国大厦项目颇有意义的审查,对于中国的情况非常有用。我的问题是:建筑物特别是大量的老房子存在,是否意味着它推动这些革命?

答:在欧洲老房子的改造中,他们已经发现了一种具有成本效益的对老的砖石结构房屋进行超级保温的改造方法,使得它们不需要供热。在德国和丹麦都有相关的实践。

7、中国面临的问题是,我们拥有的是公寓式住宅,而不是单体式住宅,这一点您怎么看?

答:欧洲在二战后也建有很多砖石结构的公寓住宅,这些住宅也只有非常有限的保温措施,但通过在墙面上喷涂和粉刷保温材料就可以进行保温。这材料是冷敏材料,因此通过这一方式就能实现对建筑物的超级保温从而使其不需要供热。另外还可以通过将超级窗户替代现有普通窗户的方式达到目的。虽然有生产超级窗户的技术,但是欧洲人却并没有这么做。最好的保温窗户所起到的保温效果相当于普通22 层窗户达到的效果,每平方米的热损失仅为 0.26 瓦,而且今年底,德国人将生产出性能更为优秀的真空保温玻璃。

8、您这么看我们所处的这座建筑的能源系统,您觉得它需要进行改造么?为什么?如何进行改进呢?

答:在现代建筑当中,空气循环并不是在屋内进行的,而是通过地板下的管道或者扩散器进行循环。新鲜空气经过地板下的管道进入室内。这样就减少了混乱与噪音,同时也意味着室内的每个工作人员都能将空气调节到自己舒服的程度。(现代建筑)照明则用的是紧凑的荧光灯,而我在东京的办公室所使用的是每平方米能耗只有2 瓦的LED 灯,而且通过控制还能节省一半的光能。这里最重要的不是将灯都换成LED灯,而是要引入自然光线,并应通过照明和光向的设计而非调整灯光数量来达到节能目的。为何要强调光向?假设我在阅读,让我能看到的并非光线本身,而是墨迹与纸张的颜色对比。因此当有大量光线自上向下照射到纸面时会形成一种抑制墨迹与纸张颜色对比的反射,使得我们看不到纸面。当我们把照明灯光固定在天花板上时,光线会射向各个角度,那么仅仅只有一小部分光线的照射角度是错误的,这样一来灯光就获得了之前七倍的照明效率。当我们的讨论不需要屏幕时,我们可以打开窗帘或者百叶窗,使得阳光照射到天花板上并反射到室内。或者我们也可以在自然光线充足的室内使用能反射光线的反光架。

以我在东京的办公室为例,这是清水公司的作品,是日本能源效率最高的建筑并以其每平方米2瓦的照明能耗著称于世。这座建筑的插头负载是不错的,但是可以做得更好。在关闭不用设备,冷却辐射设备、应对地面保温层位移方面,这座建筑也是优秀的。另一方面,这座建筑也没有使用超级窗户,所以如果我用红外测温仪在晴天测室内温度,会比室外低十度。所以当热辐射被隔绝在室外之后,人就舒服了。如果我们拥有超级窗户,也不存在这种问题,因为热辐射被位于超级窗户夹层的透明膜给反射掉了。这座建筑有分区冷却系统,但因为传输效率不是很高,所以需要6到8次才能达到目的。在商业大厦中,往往存在着低效率的风扇,低效率的管道以及中等效率的电机,就像你说的,总是有很多需要改进的地方。就像在浦东看到的一样,我们身处的很多建筑,就像我们一直在改造的对象一样,都有着宏大的玻璃幕墙。因为玻璃幕墙的密封条容易老化,所以这些幕墙的确需要改进。如果换装成超级玻璃幕墙,加上例如照明等的其他改进,我们能节省3/4的高峰时段时的制冷能耗,并使得制冷系统缩小四倍,效率提高四倍。花不到20万美元就进行这项改造而不是花费超过20万美元对原有20到80年历史的旧系统进行简单改造。而且这20万美金可以支付所有费用并还有结余。这样去看的话,我们可以节省建筑所有能耗的3/4,而且能在剩下的5个月的投资回报期里创造更为舒适的环境,这比略便宜但不能节省能耗的20年的普通整修要好得多。因此我认为这是上海乃至中国建筑的黄金时期,上海尤其如此。

 

附:

卢安武(Amory B. Lovins):卢安武先生是落基山研究所主席和创始人之一。曾就读于哈佛大学和牛津大学,拥有10个荣誉博士学位。长期担任美国能源部、国防部、《防务评论季刊》顾问。卢安武先生著述颇丰,他出版专著31本,发表论文数百篇。他曾荣获正确生活方式奖、蓝色星球奖、沃尔沃环境将、奥纳西斯奖、日产奖、米切尔奖、及麦克阿瑟奖,并获得富兰克林奖章和Happold 奖章,同时他还是海因茨奖及世界技术奖的得主。卢安武先生还是美国建筑师协会荣誉会员、瑞典皇家工程科学院外籍院士。卢安武先生曾被《时代》杂志列入“全球一百个最具影响力的个人”,美国《新闻周刊》称他为“西方国家最有影响力的能源战略家之一”,美国《外交政策》杂志将他列入全球100位顶尖思想家。他已64岁了,但仍活跃于50 多个国家40多年,服务了20多位国家首脑。作为落基山研究所的开创者、主席和首席科学家,他不仅是个开创者,也是个实践者,思考与行动都有他的身影。他所主导的能效改进项目曾创造了超过30亿美元的效益。同时,他还有安全研究领域的背景,他创立了核不扩散领域第一个连续性逻辑解决方案,他还在美国国防部的有关国家能源安全的项目中效力。他也曾在许多军事机构任职,包括美国国防大学。

落基山研究所(Rocky Mountain Institute, RMI):是Amory B. Lovins先生在1982年创立的一个非营利性机构,现已发展为全球节能领域最权威、产学研一体化的专业机构,其工作领域包括:能源与资源、建筑、交通运输等。RMI的客户群体包括美国白宫、美国能源部、美国国防部、联合国基金会、可口可乐公司、沃尔玛、谷歌、Johnson Controls、GM、Ford等。RMI还参与了1000多个建筑的节能设计与规划,重新改造设计的工厂总价值超过300亿美元。RMI以天津生态城项目为开端,正积极加入到中国的绿色建设大潮中,促进中国节能减排事业发展。


 
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