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軟能源路徑:前40年的經(jīng)驗(yàn)

2017-02-15 14:57:08 5e

1973年第一次全球石油危機(jī)爆發(fā),嚴(yán)重影響了美國能源安全與發(fā)展。而最初的應(yīng)對(duì)政策卻顯得有些混亂且效果欠佳。當(dāng)時(shí),美國主張加快發(fā)展常規(guī)產(chǎn)業(yè),其中包括開采更多石油和天然氣,建造大型煤電和核電廠,(也許還有)開發(fā)液化煤炭合成燃料等。但這些措施的弊端很快顯現(xiàn):成本過高、污染嚴(yán)重、效果緩慢、難以為繼。此外,對(duì)該類項(xiàng)目的大量投資導(dǎo)致其他所需的投資疲軟,最終導(dǎo)致能源價(jià)格飛漲,需求下降難以支付新增供應(yīng)。直到1976年秋季,都沒有出現(xiàn)清晰的全新理念,政策制定者無計(jì)可施。

而就在那時(shí),筆者發(fā)表于《外交》雜志的文章《能源策略:不可行之路?》提出了一種新理念。該文章重新審視了當(dāng)時(shí)面臨的能源問題并為美國能源發(fā)展戰(zhàn)略提供了一條可替代的發(fā)展路徑:“硬能源路徑”與當(dāng)時(shí)的主張無異;而“軟能源路徑”則強(qiáng)調(diào)可再生能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型與能效的結(jié)合。該篇文章很快成為《外交》雜志有史以來翻版次數(shù)最多的文章,并在前互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代廣為傳播。而四十年后的今天,通過重新審視當(dāng)時(shí)的反應(yīng)、持續(xù)影響力以及基本觀點(diǎn),我們可以從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn),展望未來。


1977年,卡特總統(tǒng)和盧安武在總統(tǒng)辦公室探討該篇文章。

回顧1976

當(dāng)時(shí),對(duì)于時(shí)年28歲的筆者而言,這就仿佛如在一杯過飽和溶液中滴入一滴晶種,瞬間令液體結(jié)晶成一種全新狀態(tài)。一年后,卡特總統(tǒng)邀請(qǐng)筆者來到總統(tǒng)辦公室探討這篇文章。如今,卡特總統(tǒng)認(rèn)為該觀點(diǎn)對(duì)其能源政策有很大幫助,當(dāng)時(shí)的能源政策被認(rèn)為是除美國第一任能源部長施萊辛格在合成燃料方面的貢獻(xiàn)外,有史以來對(duì)能效和可再生能源支持力度最大的政策。

但當(dāng)時(shí)這篇文章卻遭到能源行業(yè)的懷疑、輕視甚至侮辱。厚達(dá)四英寸的參議院聽證筆錄記錄了三十多輪評(píng)論與反饋。雖然,在今天看來這十分可笑,但這同樣提醒我們:40年前,能效話題還是新穎的、充滿爭議的,可再生能源更是奇怪、危險(xiǎn)甚至荒謬的。如今,仍然有人持有這一觀點(diǎn)。

當(dāng)喧鬧漸漸平息后,阿科石油公司首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家David Sternlight博士恰當(dāng)?shù)氐莱隽死潇o觀察家的結(jié)論:他并不在意我的觀點(diǎn)是否只說對(duì)了一半,但這也好過其他人的想法。在這之后的十年里,文章的論點(diǎn)逐漸被大眾認(rèn)可。許多起初對(duì)此抱有批判態(tài)度的公司或個(gè)人,均向落基山研究所(Rocky Mountain Institute,RMI,1982年成立)尋求幫助,應(yīng)用這些觀點(diǎn)。如今,兩家電力行業(yè)頂尖期刊都大方地承認(rèn)了我們當(dāng)年的判斷,而文章的觀點(diǎn)也已在能源市場得到廣泛認(rèn)可。

該篇文章之所以具有如此大的影響力,不僅在于提出了一種全新的能源投資方式,更因其重新定義了能源投資的目的和邏輯。之前,我們認(rèn)為能源行業(yè)的主要問題是從哪里獲得更多能源——無論任何形式、任何來源、任何代價(jià)。規(guī)劃者通過歷史數(shù)據(jù)推測能源需求的增長,然后提供更多供應(yīng)來滿足需求。而這篇文章則從另一個(gè)角度出發(fā),討論了我們需要能源的目的究竟是什么,我們尋求的能源的“最終用途”是什么,例如,熱水澡、冰鎮(zhèn)啤酒、交通出行、舒適度、冶煉金屬、烘焙面包等,以及需要什么樣數(shù)量、種類、規(guī)模、來源的能源支持這些服務(wù)。這一最終用途的概念很快結(jié)合了羅杰•桑特的“最低成本”理論,與新興的強(qiáng)調(diào)自由市場的里根經(jīng)濟(jì)學(xué)相呼應(yīng)。由此,“最終用途/最低成本”理論在競爭或規(guī)劃環(huán)境下為各種能源需求問題提供了最具成本效益的解決方案。例如:要在冬天取暖,應(yīng)該選用燃?xì)膺€是電力供熱,亦或是使用隔熱和密封建筑技術(shù)?

不同的問題產(chǎn)生不同的答案,因此該文對(duì)美國能源系統(tǒng)可采用的兩種發(fā)展路徑進(jìn)行了對(duì)比(圖1A和1B)。

圖1A:硬能源路徑——代表政府和行業(yè)對(duì)1975-2025年美國能源總用量的預(yù)測


圖1A

圖1B:替代性的軟能源路徑——通過結(jié)合高效使用和“軟技術(shù)”(多樣的、正確規(guī)模、正確質(zhì)量、廣泛的可再生能源),獲得同樣的GDP增長。


圖1B

節(jié)約:精準(zhǔn)預(yù)見

之后的一份學(xué)術(shù)綜述指出,在70年代中期發(fā)表的對(duì)美國2000年一次能源用量研究的數(shù)十篇文章中,該篇文章的預(yù)見值是唯一準(zhǔn)確的(預(yù)見值,并不是預(yù)測值,這是兩個(gè)常常被混淆的概念)。在標(biāo)準(zhǔn)化到GDP實(shí)際增長和未標(biāo)準(zhǔn)化到GDP實(shí)際增長的情況下,圖1B所展示的軟能源路徑預(yù)見值分別比2000年實(shí)際能源用量低0.8%或4.0%。但同期其它經(jīng)濟(jì)預(yù)測中最接近的數(shù)值也比實(shí)際值高了大約60%-70%。然后從2000-2015年,能源強(qiáng)度(單位GDP能耗)不但沒有升高,反而進(jìn)一步降低了24%。

圖2顯示了該文章在1976年認(rèn)為可行的能源強(qiáng)度設(shè)想軌跡,在50年間下降72%。與此相比,實(shí)際能源強(qiáng)度在40年間下降了56%。被稱之為“世紀(jì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)”的能源強(qiáng)度下降半數(shù)的時(shí)間出現(xiàn)在2008年。

圖2:能源強(qiáng)度預(yù)測值對(duì)比:1975年前后官方預(yù)測值、盧安武在1976年預(yù)測值、實(shí)際值、以及2011年落基山研究所重塑能源項(xiàng)目的預(yù)測值(在更低成本下可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步三倍下降)。而在目前所取得的能源強(qiáng)度下降中,大約1/3來自于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,2/3來自于更優(yōu)化的技術(shù)效率。


圖2

為實(shí)現(xiàn)每一美元價(jià)值的GDP,美國在2015年所需要消耗的一次能源比1975年水平降低了56%;所需煤炭降低了59%;所需石油和可以直接使用的天然氣降低了65%。煤炭在2015年一次能源供應(yīng)中的比例(16%)降至二戰(zhàn)后的歷史最低值(1972年的16.6%)以下。另一方面,美國一次能源用量的10%和電力用量的14%都來自于可再生能源,后者在新增發(fā)電裝機(jī)中的比例更是達(dá)到了68%。

電力是成本最高的能源表現(xiàn)形式,而美國電力節(jié)約的速度僅為直接燃料節(jié)約速度的一半。而其中部分原因:直到2001年,美國48個(gè)州的電力公司仍沿用著售電越多收益越多的政策;直到現(xiàn)在,仍有36個(gè)州的電力部門(其中8個(gè)州正在改革過程中)和28個(gè)州的天然氣部門(其中2個(gè)州正在改革過程中)使用這一政策。但隨著這種不合理的政策逐漸退出,電力用量已經(jīng)從2007年的峰值開始滑落。據(jù)估計(jì),即使經(jīng)濟(jì)快速增長且電動(dòng)汽車逐漸普及,從長期來看,美國電力用量仍將以每年1%的速度下降。


硬能源路徑所需投資、基礎(chǔ)設(shè)施和體系阻礙軟能源路徑發(fā)展

供應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)型:因?qū)α⒄叨舆t

軟能源路徑所預(yù)見的供應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)型并未像需求側(cè)一樣得到完全印證(詳見圖3)。雖然,加利福尼亞等州成功落實(shí)了軟能源路徑,但勢力強(qiáng)大的游說集團(tuán)和受其影響的國家政策仍堅(jiān)定地支持能源供應(yīng)側(cè)的硬能源路徑發(fā)展策略。

圖3A與圖3B之間的5不同展示了影響能源供應(yīng)的三個(gè)原因:

•當(dāng)時(shí),天然氣被認(rèn)為是日漸枯竭的石油資源的稀有副產(chǎn)品。因此,聯(lián)邦政策在1978-1987年間立法禁止了天然氣電廠而大力發(fā)展燃煤電廠。在尼克松時(shí)期,獲得環(huán)境法律豁免權(quán)的一大批燃煤電廠直到現(xiàn)在才開始退出能源系統(tǒng),而復(fù)蘇的天然氣用量依然很高。

•福特總統(tǒng)曾經(jīng)在1975年將汽車效率標(biāo)準(zhǔn)寫入法律(1978年生效),當(dāng)時(shí)美國石油強(qiáng)度平均每年下降5.2%。但后來1985-1986年石油價(jià)格大跌滿足了當(dāng)時(shí)人們對(duì)汽車效率的需求。這幫助游說者成功說服國會(huì)放棄了以法律強(qiáng)制性方法,要求按照科技發(fā)展提高汽車效率標(biāo)準(zhǔn)(該政策對(duì)汽車和輕型卡車分別執(zhí)行了25年和17年)。輕型汽車效率在1987年-2004年間不升反降,花費(fèi)22年才重新達(dá)到1987年的效率水平:這使得石油節(jié)約的速度降低了2/3,大約99%的發(fā)動(dòng)機(jī)的效率提升都是為了提高加速度,而非節(jié)約燃料。立法直到小布什總統(tǒng)在2007年更新才重新開始啟用,而在一年后又因?yàn)榈滋芈傻钠飘a(chǎn)而被暫停。這種停滯浪費(fèi)了汽車工業(yè)兩次良性發(fā)展 的機(jī)會(huì),使得石油需求量持高長達(dá)1/4個(gè)世紀(jì),而同時(shí),對(duì)石油的偏好則阻礙了生物燃料的發(fā)展。

•圖1B和圖3B預(yù)測“軟技術(shù)”高速發(fā)展的基礎(chǔ)是“積極的政策支持”,但實(shí)際上在過去40年中的32年里遇到的卻是敵對(duì)的聯(lián)邦政策。即使是最初投資可再生能源的化石燃料企業(yè)也在其即將獲得成功時(shí)因缺乏耐心而選擇放棄。卡特總統(tǒng)于1978年出臺(tái)了允許私營和分布式發(fā)電企業(yè)公平競爭的《公用事業(yè)管制政策法(PURPA)》。該法律在80年代前中期給可再生能源帶來了一線虛幻的希望。雖然,被法律和管理方面的攻擊降低了效力,但該部法律摧毀了電力公司壟斷的基礎(chǔ)并為今天的電力市場競爭機(jī)制創(chuàng)造了條件(雖然該部法律已不適用于近半個(gè)美國)。就這樣,在經(jīng)歷了長期的艱難反復(fù)后,本有望在1976年就開始蓬勃發(fā)展的可再生能源終于在大約2010年開始騰飛——這一天的到來遲到了大約35年。

•圖3A:盧安武1976年提出的軟能源路徑圖,2016年依據(jù)類似方法在1975年可用信息中加入水電和核電份額(因水電和核電“量小且相對(duì)恒定”,所以圖1將其忽略)。


圖3A

•圖3B:實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r,以及能源信息署在2004年和2016年發(fā)布的參考情形預(yù)測,為與現(xiàn)實(shí)保持一致,后者與前者相比下降明顯。2015年實(shí)際一次能源消耗量(97.5 QBTU)比圖1B高約18.5QBTU,其中的15.4QBTU反映了從2000-2015年實(shí)際能源強(qiáng)度下降的1/3(如圖2所示)。圖3A所示的軟技術(shù)還排除了電力系統(tǒng)損耗。圖1B未考慮而圖3B包括了原料用量(2011年為4.5QBTU),因此沒有對(duì)對(duì)比進(jìn)行調(diào)整。


圖3B

文章的正確觀點(diǎn)

人類對(duì)氣候變化的認(rèn)識(shí)并不是最近才出現(xiàn)的。1976年《外交》雜志文章這樣描述了硬能源路徑:

“致力于長期發(fā)展煤炭經(jīng)濟(jì)(數(shù)倍于當(dāng)今規(guī)模)將必然導(dǎo)致二氧化碳濃度在下個(gè)世紀(jì)初翻倍,到那時(shí)或不久以后,全球氣候一定會(huì)發(fā)生變化且該變化可能是無法逆轉(zhuǎn)的。只是這一天到來的具體日期還尚未可知。”

這一天已經(jīng)到來了?答案在《清潔電力計(jì)劃》和《巴黎協(xié)議》中可略窺一二。

該文章指出:避免電網(wǎng)成本與規(guī)模不經(jīng)濟(jì)能夠降低電力成本,且“一個(gè)富裕的工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體能夠在沒有集中式發(fā)電廠的情況下順利的運(yùn)行!”這準(zhǔn)確地預(yù)測了落基山研究所2002年出版的《小規(guī)模也有利可圖》一書中的闡述以及當(dāng)今的市場趨勢。該文章還寫到“能源存儲(chǔ)常常被認(rèn)為是能源收入技術(shù)的一個(gè)主要問題”。但在一定程度上由于熱存儲(chǔ)技術(shù)能夠比電力存儲(chǔ)技術(shù)更容易、成本更低地完成相同的任務(wù),因此“總的來說,能源存儲(chǔ)在軟能源經(jīng)濟(jì)中的問題比在硬能源經(jīng)濟(jì)中容易得多。”這在今天的市場中也得到了證實(shí)。可再生能源的低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、高便捷度;在可再生能源應(yīng)用方面市場比政策有更大的推動(dòng)作用;以及個(gè)人和社區(qū)越來越強(qiáng)的自我選擇能力都成為了常態(tài)。

硬路徑的政治風(fēng)險(xiǎn)聽起來也很熟悉:

“軟路徑依賴于多元消費(fèi)者選用一系列小型設(shè)備和改進(jìn)技術(shù),而與之相對(duì)的,硬路徑則需要依賴于較為困難的大規(guī)模項(xiàng)目。而這些項(xiàng)目需要集中管理制度下整個(gè)社會(huì)承諾。硬路徑有時(shí)會(huì)被描述為阻礙自由經(jīng)濟(jì)和自由市場發(fā)展的堡壘,會(huì)充斥著各種政府補(bǔ)助、千億美元救市金、壟斷、規(guī)范、國有化、國家最高支配權(quán)和公司國家資本主義等。”
過分集中化系統(tǒng)的致命缺陷后來在《脆弱的電力(1981/82)》一書中被進(jìn)一步詳述,而這如今也已開始顯現(xiàn)。

文章中其它已證實(shí)觀點(diǎn)包括電力公司死亡漩渦、反向估算、一體化設(shè)計(jì)(7年前我的住宅已經(jīng)證明了一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢)、體制性障礙和解決方案、熱電聯(lián)產(chǎn)、對(duì)市場原則和機(jī)制的信賴,以及電力公司對(duì)用戶太陽能系統(tǒng)的資助(雖然“太陽能”在1976年指太陽熱能,當(dāng)時(shí)光伏概念尚未普及)等。

需要更正的觀點(diǎn)

該文章主要的錯(cuò)誤出現(xiàn)在對(duì)天然氣的認(rèn)識(shí)上。如果1976年的科學(xué)界能夠了解美國天然氣并未與石油相關(guān),且儲(chǔ)量豐富,能夠以經(jīng)濟(jì)的手段大規(guī)模集中開采,那么,我應(yīng)該會(huì)將其與石油區(qū)分對(duì)待,將天然氣而不是優(yōu)質(zhì)煤視作“短暫地、節(jié)約地建造通向2025年能源收入經(jīng)濟(jì)的橋梁”的過渡技術(shù)。這些見解直到過去的十年才開始為人所知。

文章認(rèn)為由于抵制天然氣和優(yōu)先發(fā)展煤電的非自然政策,對(duì)1975年煤炭開采“暫時(shí)且適度的(峰值不超過當(dāng)前水平兩倍)”擴(kuò)張最終增長了2.16倍。(現(xiàn)代聯(lián)合循環(huán)燃?xì)怆姀S在80年代才開始出現(xiàn)。)為了保護(hù)氣候,以能效和可再生能源替代石油天然氣組合中,至少石油部分的愿景最終得以實(shí)現(xiàn),而目前煤炭的發(fā)展空間已被壓縮,能效、可再生能源和天然氣三者正迅猛發(fā)展。

文章最大的失誤在于沒有說服決策者運(yùn)用諸如美國力量等減緩或阻止核武器的傳播。因?yàn)橹鲝埡四芘稍诖蟛糠謬夷茉凑咧姓紦?jù)主流,直到現(xiàn)今,在很多國家(包括我們自己)也是如此,所以當(dāng)筆者四年后在《外交》雜志上進(jìn)一步論述這一問題時(shí),論點(diǎn)再次消失得了無蹤跡。三十年后的今天,《外交政策》雜志所展示的更加充分的論據(jù)仍然收效甚微。因此,今天還要擔(dān)心因我們自身造成的來自朝鮮、巴基斯坦和伊朗的核武器風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)一步思考

該文章最具爭議性的論題之一:因?yàn)檐浻材茉绰窂剿璧耐顿Y、基礎(chǔ)設(shè)施、體系和態(tài)度均存在互相抑制或妨礙的情況,所以二者是互相排斥的,這一點(diǎn)很不幸地得到了證實(shí)。很顯然,硬技術(shù)和軟技術(shù)互相競爭,搶奪市場份額和政治影響。文章在1976年就警醒我們:“如果繼續(xù)將如此大量的金錢、時(shí)間、技術(shù)、燃料和政治意愿投入對(duì)以上資源需求量如此之大的硬技術(shù),那么我們就將面臨延遲向后化石燃料及氣候安全能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的危險(xiǎn)”。

雖然起步已晚,但隨著腳步的逐漸加快,市場已開始顛覆能源掌權(quán)者保護(hù)舊系統(tǒng),抵抗新系統(tǒng)的本能反抗。然而加速轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)依然存在,而氣候、公共衛(wèi)生、安全、發(fā)展以及民主方面勢在必行的決心進(jìn)一步突顯了轉(zhuǎn)型的緊迫性。


作者盧安武,落基山研究所聯(lián)合創(chuàng)始人,首席科學(xué)家,榮譽(yù)主席




責(zé)任編輯: 中國能源網(wǎng)