每周都會有市長、州長、政策制定者或專家一窩蜂地要求（或預測）一個完全依賴風能/太陽能和電池的能源未來，以便從給人類社會充當了好幾個世紀燃料的碳氫化合物“重壓”下解脫出來。

無論對于是否需要或何故要求能源“轉型”有什么看法，結合“尺度現實”的能源物理學和經濟學都清楚表明了，在可預見的未來，不可能出現什么類似于激進“新能源經濟”的景象。比爾·蓋茨說過，當涉及到理解能源現實時，“我們需要用算術來搞懂這個問題。”

他這樣說是對的。因此，在我最新的曼哈頓研究院報告《新能源經濟：一種神奇思維的操練》中，我就是這么做的。

因此，這里是從基礎算術出發對一些基本事實的總結。(有關解釋、文檔和引用，請參閱完整的報告。)

關于能源需求尺度的現實

1.碳氫化合物供應占到世界總能源的80%以上：這一切如果都以石油形態存在，那么這些石油桶將從華盛頓特區一直排到洛杉磯，且這條線路每周增加的長度，都相當于華盛頓紀念碑的高度。

2.碳氫化合物在世界能源使用中所占比例下降了2個百分點，導致在此期間全球用于替代能源的累計支出超過2萬億美元；今天，太陽能和風能供應只占全球能源不到2%。

3.當全球40億貧困人口人均能源使用量增加到歐洲人均水平1/3時，全球需求增加量將相當于美國總消費量的兩倍。


4.（假設）到2040年，上路的電動汽車數量增長100倍，達到4億輛，將替代全球石油需求的5%。

5.可再生能源必須擴大90倍，才能在20年內替代全球的碳氫化合物。半個世紀后，全球石油產量“僅”擴大10倍。

6.要在未來30年里替代美國以碳氫化合物為基礎的發電，需要一個以比以往任何時候都快14倍的速度鋪設電網的建設計劃。

7.即使取消用碳氫化合物給美國發電(不可能很快實現，幾十年內都不可能實現)，美國70%碳氫化合物的使用仍原封不動——美國使用了世界16%的能源。

8.效率導致產品和服務價格降低，能源需求量增加：自1990年以來，全球能源效率提高了33%，經濟增長了80%，全球能源使用量增加了40%。

9.效率導致能源需求量增加：自1995年以來，航空燃料使用量/客位英里數下降了70%，航空交通量增長了10倍以上，全球航空燃料使用量增長了50%以上。

10.效率導致能源需求量增加：自1995年以來，每字節耗能減少了約1萬倍，但全球數據流量增加了約100萬倍；全球用于數據運算的電量飆升。

11.自1995年以來，世界能源使用總量增長了50%，相當于增加了整整兩個美國的需求量。

12.為了保障安全和可靠性，全美對碳氫化合物無論何時都有平均2個月的儲存需求。今天在美國，所有實用尺度的電池加上100萬輛電動汽車的全部電池，僅能滿足全美2小時電力需求。

13.特斯拉GIGA十億級工廠(全球最大電池廠)每年生產的電池僅能儲存相當于美國年電力需求3分鐘的電量。

14.要生產足夠儲存2天美國電力需求的電池，這家全球最大電池廠（特斯拉）需要生產1000年。

▲特斯拉GIGA十億級工廠

15.每生產10億美元飛機，在過去20年里就會消耗大約50億美元航空燃料。全球每年在新飛機上花錢超過500億美元，還在不斷增長。

16.在數據中心上每花費10億美元，就會在20年內消耗70億美元電力。全球對數據中心的支出每年超過1000億美元，還在不斷增長。

關于能源經濟學的現實

17.在30年時間內，價值100萬美元達到實用尺度的太陽能或風能發電設備分別產生4000萬千瓦時和5500萬千瓦時電能：一座價值100萬美元的頁巖氣井生產的天然氣足以在30年內產生3億千瓦時電能。

18.建造一座頁巖井的成本大致相當于建造兩臺風力渦輪發電機的成本：后者每小時合起來生產的電能相當于0.7桶石油，頁巖鉆井平均每小時生產10桶石油。

19.儲存一桶石油（或其按油氣當量折合的天然氣）成本不到0.5美元，但將一桶石油等效能量儲存在電池中的成本高達200美元。

20.風能和太陽能成本模型分別假定了41%和29%的容量系數(即它們多常發電)。現實世界的數據顯示了，這兩項指標都要低10個百分點。這意味著，一臺2兆瓦300萬美元風力渦輪發電機，在它20年使用壽命內產生的電能，比假設的要少賺300萬美元。

21.為了補償不穩定的風能/太陽能輸出，美國的各家公用事業公司正在使用燃燒石油和天然氣的往復式發動機(大型游輪式柴油發動機)；自2000年以來，新增電網數量是此前50年的3倍。

22.風力發電場的容量系數以每年約0.7%的速度提高；這一微幅增長主要來自每英畝渦輪機數量的減少，導致用于生產千瓦時風能的平均土地增加了50%。

23.美國90%以上的電力以及99%交通運輸用電力來自于但凡市場需要即可隨時向經濟提供能量的能源。

24.風能和太陽能機器平均在25%到30%的時間里產生能量，而且只有在自然條件允許的情況下。傳統發電廠幾乎可以連續運轉且隨需取用。

25.頁巖油氣革命導致天然氣和煤炭價格暴跌，這兩種燃料為美國提供了70%的電力。但電價沒有下降，自2008年以來反而上漲了20%。對太陽能和風能的直接和間接補貼抵消了這些節約。

能源物理學…難以接受的現實

26.政客和專家好引“登月”的豪言壯語。但是，讓能源經濟轉型，并不像把幾個人送上月球那么簡單。其難度就好像把全體人類永久性送到月球上居住。

27.常見的陳詞濫調是：能源技術的顛覆效應相呼應于數字技術的顛覆效應。但制造信息的機器和制造能源的機器涉及的物理原理大相徑庭；這句陳詞濫調，比起把蘋果和保齡球相提并論還要愚不可及。

28.如果太陽能發電設施的尺度有如計算機技術那樣，那么一張郵票大小的太陽能電池陣列將為帝國大廈提供動力。不過這只會發生在漫畫書里。

29.如果電池的尺度有如數字技術那樣，一本書大小的電池只要3美分就可以為飛往亞洲的噴氣客機提供動力。不過這只會發生在漫畫書里。

30.如果內燃機的尺度有如計算機那樣，汽車發動機就能縮小到螞蟻一般大小，產生一千倍的馬力；實際像螞蟻大小的發動機產生的功率要小10萬倍。

31.太陽能技術不存在像數字技術那樣的10倍速率改進。太陽能電池的物理極限（肖克利-奎伊瑟極限）是最大光電轉換率33%；目前商用電池的比例為26%。

32.風能技術不存在像數字技術那樣的10倍速率改進。風力渦輪發電機的物理極限(貝茨極限)是在氣流中最大捕獲60%的能量；商用渦輪發電機達到45%。

33.電池不存在像數字技術那樣的10倍速率改進：一磅石油的最大理論能量比一磅性能最佳的電池化學品的最大理論能量高出150%。

34.大約需要60磅電池來儲存相當于1磅碳氫化合物的能量。

35.每生產1磅電池至少要開采、移動和加工100磅材料。

36.儲存相當于一桶石油(300磅重)的能量需要2萬磅特斯拉電池(價值20萬美元)。

37.攜帶相當于一架飛往亞洲的客機所用航空燃料的能量，需要價值6000萬美元的特斯拉型電池，重量是這架飛機的5倍。

38.制造一組儲能相當于1桶石油的電池需要的能量相當于100桶石油。

39.一個以電池為中心的電網和汽車世界意味著開采更多地球資源來獲取鋰、銅、鎳、石墨、稀土、鈷等，并在采礦和制造金屬和混凝土中使用數百萬噸石油和煤炭。

40.中國大陸在全球電池生產中占據主導地位，其電網70%的燃料為煤炭：使用這些電池的電動汽車產生的二氧化碳，將超過更換燃油發動機所節省的二氧化碳。

41.人們不會使用直升機進行常規的跨大西洋旅行（需要昂貴的后勤設施才可能做到），就像不會使用核反應堆為火車提供動力或完全使用光伏系統為一個國家提供電力一樣。