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驯服太阳:太阳能领域正在爆发的新能源革命
作者 : [美] 瓦伦•西瓦拉姆(Varun Sivaram )著
译者 : 孟杨 译
出版日期 : 2020-03-31
ISBN : 978-7-111-64365-4
定价 : 69.00元
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扩展信息
语种 : 简体中文
页数 : 334
开本 : 16
原书名 : Taming the Sun: Innovations to Harness Solar Energy and Power the Planet
原出版社: The MIT Press
属性分类: 店面
包含CD : 无CD
绝版 : 未绝版
图书简介

太阳能曾经只有非常有限的市场,但如今却成为全球最廉价且增长最为迅猛的能源。更重要的是,它取之不尽用之不竭。太阳每小时倾泻在地球上的能源总量足够这个行星上的人类使用一整年。作者指出,全球并没有建立起有效的设备网络来实现太阳能的增长,而如果我们不尽快推广太阳能的普及与使用,继续依靠化石能源,那么未来对于气候与环境的灾难则几乎不可逆转。而创新与产业进步可以有效拓宽这一前景,作者基于自己的经验以及在科学、商业以及政府投研部门的调研,指出金融创新已经开始撬动吝啬投资者的钱袋子,让他们愿意将资金洒向太阳能行业的产业链,并渗透到日照最为强烈的沙漠,以及世界上最为贫瘠的村落。光伏技术的创新也让太阳能发电单晶硅板不断升级换代,新的能源存储技术也让太阳能成为一种便利而可靠的能源。系统创新也让太阳能发电可以有效地加入现有的能源网络。太阳能将是未来清洁能源的核心。

图书特色

WU

图书前言

2012年,我在华盛顿特区的一个酒会上遇到了洛杉矶市市长安东尼奥·维拉莱戈萨(Antonio Villaraigosa)。那个时候,我还在牛津大学读博士,当时,我正在潜心研发一种全新的发电材料,其成本要远远低于现阶段通用的太阳能电池板。在听到了我的研究课题之后,市长在卡片上写下了他的电话号码,让我给他打电话。我原以为他这样做只是出于礼貌,所以起初并未放在心上,回到学校之后就把全部精力都放在了我的论文上。然而,几天之后,我收到了洛杉矶市副市长发来的一封邮件,询问我是否愿意担任市长的高级顾问,如果我愿意的话,是否可以在明天和市长见一面,谈谈我具体的工作内容。结果,不到一个星期的时间,我就搬到了洛杉矶。
虽然我准备得并不充足,但是我信心十足。我从来没有安装过一块太阳能电池板,但是维拉莱戈萨市长却希望洛杉矶可以成为全美国范围内部署太阳能最多的城市。然而,我对世界各地的科学实验室所取得的最新进展都了如指掌,因此我相信,利用全新的太阳能技术,我能够实现市长的愿望,因为这些新技术的优势要远远大于其他城市正在使用的太阳能电池板。
我很快就发现这个想法很幼稚。刚到市长办公室不久,我就想到了一个好办法—搭乘城市直升机。因为每个星期,洛杉矶水电局都会派出一架直升机对洛杉矶引水渠进行几次观测,正是这条引水渠使洛杉矶成为沙漠中的绿洲,这简直不可思议。在莫哈韦沙漠(Mojave Desert)的西端,沿着直升机的巡逻路线,有一个最近刚刚建成的太阳能发电站的项目。该项目使用了传统的太阳能电池板。我们可以利用直升机对其进行观测。
当我们接近太阳能发电站的时候,可以看到一大片太阳能电池板群,面积相当于2 000个足球场的大小,它们向四面八方延伸,遍布在我目光所及的每一个方向,所有的太阳能电池板都向南侧略倾,沐浴在夏日的阳光中。我希望我们的直升机在飞行的时候可以更加贴近地面,很高兴飞行员同意了我的这一请求。当直升机突然下降时,我可以看到每一块电池板上的细节,甚至可以看到每一个色彩斑驳的蓝黑色硅电池片。这些电池片和我们的手差不多大,可以将大约20%的入射阳光转换成电能。将所有这些重复性的单元整合到一起—首先将所有的电池片用线路连接到电池板上,然后再把所有的电池板连接到一起,形成太阳能发电站,这样就会产生更多的能源,而这一切只受限于可用土地的面积。
那次搭乘直升机的经历让我了解到了太阳能发电的巨大规模。而我曾经在牛津大学的象牙塔(实际上是在一个石灰岩砌的地下实验室)研发的太阳能电池只有指甲大小。在目睹了户外真正的太阳能发电站以后,我不再幻想这座城市可以立即按照市长的愿景,大规模地部署新发明的太阳能电池;因为覆盖一平方英里的沙漠将耗费数十亿美元。
在维拉莱戈萨市长的带领下,洛杉矶市最终成为全美国范围内部署使用太阳能发电的先锋城市。1我们利用可靠的技术实现了这一点,为了验证技术的可靠性,我们进行了反复验证。几十年来,我们一直在使用硅太阳能电池板,如今,中国已经可以大批量生产质量稳定的硅太阳能电池板。通过使用这些电池板,我们可以把部署成本超预算,或者电池质量差的风险降到最低。市长要求我们扩大太阳能的利用率。要知道太阳能其实是一种不稳定的电力来源,只有在接收到阳光照射的情况下才能发挥效用。考虑到洛杉矶市的任务是给城市400万居民提供稳定持续的照明,这本身就已经非常困难了。所以我们尽一切努力去避免在未经证实的太阳能技术上承担任何进一步的风险。
那次经历让我认识到,任何一个单一的视角都不足以使我们了解太阳能的巨大潜力(太阳在一小时内照射到地球表面的能量比全世界一整年的能耗量还要多)。举个例子,洛杉矶市电力公司的实际负责人罗恩·尼科尔斯(Ron Nichols)曾经对我说过,向电网中添加可再生能源就像“一边飞行一边修理波音747的发动机”一样疯狂;人们最不愿意做的事情就是利用尝试一项新技术的方法来添加另外一个充满不确定性的活动部件。然而,我学术界的同行们告诉我,太阳能技术已经远远优于目前实验室的已有技术。如果这些技术能够得到进一步改善并且大规模生产,那么有一天,人类就可以更高效并且以更低的成本来利用太阳能。
的确,在评估太阳能的技术进步时,你的立场取决于你所处的位置。能源部门(行业)的观察学者认为,传统太阳能电池板在成本上的降幅令人震惊,甚至是革命性的。图0-1a中的曲线展示了其降幅情况,显示了美国太阳能发电成本相较于其平均电力成本(相比电费或电价)呈大幅度下降趋势。从图中我们可以看出,美国的平均电力成本在过去几十年里一直保持稳定。

图0-1 不同情况下太阳能发电成本的下降趋势
注:图0-1a将全美安装的太阳能电力(对应每1千瓦(kW)时电量)成本和美国家庭的平均电价或电费进行了比较。(太阳能发电成本的计算不仅仅涵盖了太阳能电池板的费用,还考虑到了其他成本因素,如相关设备、土地、人力和融资成本。)图0-1b将太阳能电池板的成本(对应每1瓦(W)的发电能力)和存储芯片的成本(对应每1吉字节(GB)的数据存储能力)进行了对比分析。
资料来源:美国能源信息管理局,集成电路中心。
但是技术专家认为太阳能的成本下降趋势不足为奇。相对于将太阳能的成本与矿物燃料的成本比较,技术专家可能更倾向于将太阳能发电时每瓦特所耗费的成本与在微芯片中获得相似的性能指标所需的成本进行比较,比如每1吉字节的内存空间。图0-1b中的对比说明其实并不准确。微芯片成本下降的速度是太阳能电池板的“100万倍”。这种急速下降是摩尔定律的必然结果。(有些报道声称,摩尔定律在计算芯片,也就是我们所说的微处理器领域已经消亡。但是,对于存储芯片,摩尔定律依然具有适用性和正确性。我父亲是一家大型芯片制造商的首席技术员,他最近发布了一种新的闪存芯片设计,这种设计实际上已经超越了摩尔定律的定义,而且已经用在了人们的iPhone中。)2
当我感受到所有这些不同的视角带给我的不同认知之后,在过去的十年时间里,我一直在急切地寻求更多的视角。除了在牛津大学做学术研究以及在洛杉矶工作,我还在硅谷的两家初创公司工作过,为大型能源公司、美国联邦政府和州政府官员提供咨询服务,同时拜访了世界各地高速发展的太阳能发电市场。
在这个过程中,我也发现了一些矛盾点。科学家对商业太阳能技术的停滞不前感到绝望,而太阳能产业却在吹嘘自己的进步。一些学者预测,太阳能电池板和风力涡轮机可能会持续地增加,直到耗尽全世界100%的清洁能源;还有一部分学者认为这种想法是愚蠢的。许多激进的决策人士强烈支持出台鼓励措施并授权建立更多的太阳能发电站,而许多保守人士则认为这些政策是一种浪费。
这种矛盾的雷区可能会让人迷失方向。但是仔细思考每个视角的正确与否反而帮助我理解了这一切。我写本书正是为了传递一个对未来太阳能源的公正的看法,它涵盖了商业、科学和公共政策领域的各种有价值的观点。
在我心里,本书会涵盖各种各样不同类型的读者,包括任何对太阳能的未来感兴趣的人、探索能源和可持续性发展的学生、想要了解新技术商业化的科学家、渴望了解下一项重大技术发展趋势的企业高管和投资人,以及需要理解最有效的干预措施的世界各地的决策者。
在本书接下来的章节中,我会阐述我的主张:世界各国都应急迫地加大投资创新的力度,否则,今天过热的太阳能市场明天就可能会降温。(本书分为四个部分,每一部分都以该部分所涵盖的两三章的内容摘要开始;如果你对某个主题感兴趣,这些摘要可以帮助你找到合适的章节。)尽管现在的太阳能电池板作为一种利基能源供给方式具备一定的成本竞争力,但是随着越来越多的太阳能电池板投入市场,其经济吸引力可能会大幅降低(第一部分)。推动太阳能的持续增长需要三种创新:金融创新—为了开发太阳能而融大量资金(第二部分);技术创新—以更低的成本利用太阳能,并将其进行储存以满足全天供电需求(第三部分);系统创新—重新设计电网和相关系统,以应对太阳能供电的忽高忽低(第四部分)。
太阳是地球上最丰富的能量来源。我认为,人类应对气候变化的最好方法就是在21世纪的某个阶段能够实现利用太阳能满足大部分的能源需求。不过,只有利用多重优势,我们才能确保太阳能满足人们巨大的能源需求。

上架指导

经济类

封底文字

西瓦拉姆将我们带入可替代能源的世界,他不仅是一位乐观主义者,更是一位现实主义者:他清醒地认识到环境留给公共和私人部门采取行动的时间已经不多了。《驯服太阳》应该是一本必读书,它能让我们意识到太阳这个近乎无尽的能量源泉会如何拯救我们的地球。
约翰·克里 美国第68任国务卿,美国前参议员,前民主党总统竞选人

《驯服太阳》向我们展现了对气候变化无动于衷的可怕后果,同时,它也为我们拓展开展太阳能的必要性提供了有力的佐证。本书对于物理学家、投资者,以及政策制定者都颇具启发。西瓦拉姆的观点是脱离意识形态的、不偏不倚的。不过他的建议是否能被有效付诸实现,最终还是依赖于我们在政策制定上的意愿。
罗伯特·鲁宾 第70任美国财政部长,高盛前联合主席

太阳能是当下全球增长最为迅猛的能源产业,而且是这场清洁能源革命的核心,而这场革命会彻底改变全世界的技术经济版图。西瓦拉姆的新书是绝无仅有的重要著作,它展示了全球太阳能产业的全貌,以及这种新能源会如何改善并保护我们这颗行星的未来。
艾德·马尔基 美国民主党参议员,参议院气候变化行动特别工作组主席

不同于20世纪的能源的舞台,当下乃至未来的社会能源需求与变化形势已变得难以预测,而且更为重要。而太阳能就是站在这个舞台中心的主角。西瓦拉姆的著作文笔优雅,布局缜密,是一部指引技术与政策发展的明星著作,这本书对于未来太阳能技术能否触及自身的潜力,有着至关重要的作用。作者清醒的乐观主义精神也颇具感染力。
大卫·维克特 加州大学圣迭哥分校全球政策与战略教授,布鲁金斯学会能源安全与气候倡议 联合主席

如果你想了解太阳能的历史与未来,《驯服太阳》就是一本必读书,而你又必须了解太阳能,因为这是21世纪技术转型的关键所在。西瓦拉姆站在纯科学家的立场,以无党派政治色彩的语调,以及从富含商业洞见的视角,向我们讲述了太阳能光伏这一交叉学科的前沿激动人心的动态。本书的内容权威,涉及领域广泛,而文字易读,这正是本领域读者翘首以盼的。
阿伦·马宗达 斯坦福大学预科能源研究所教授,联合主任

在《驯服太阳》一书中,西瓦拉姆以冷静的头脑、令人信服的证据展示了太阳能在扼制气候变化中的作用。介绍太阳能技术固然意义深远,但我们不能止步于此,正如本书所讨论的那样,要从规模、资金,以及政策层面全面商业化。这是本领域中非常重要的非理念性的著作。
翟淑礼 伦斯勒理工学院院长,物理学、应用物理学和天文学教授,工程科学教授

图书目录

前言
| 第一部分 |
路漫漫而修远的新能源之路
第1章 人类命运的两种未来 / 4
第一种未来 / 4
另一种更美好的未来 / 9
永无止境 / 13
全球太阳能博弈 / 15
太阳能会重蹈核能的覆辙吗 / 25
轨道切换 / 28
第2章 太阳能的新时代 / 31
三千年的探索 / 33
光伏材料革命:从硒到硅 / 37
石油危机与屋顶经济 / 39
硅谷引发太阳能狂热 / 43
中国+硅:新能源梦之队 / 47
今天的太阳能产业 / 52
第3章 困难重重:太阳能的障碍与克服 / 63
我们究竟需要多少太阳能 / 68
资本紧缺 / 73
供应相对过剩的产业悲剧 / 78
鸭形曲线:太阳能对电网的冲击 / 85
需求倒逼创新:太阳能技术的突围 / 89
| 第二部分 |
金融与商业模式创新
第4章 资本的力量 / 98
太阳能市场信托2.0 / 104
太阳能的资产证券化 / 112
能源巨头加持 / 119
辅助轮投资:来自公共部门 / 125
第5章 从慈善到商业:离网太阳能技术的普及 / 131
离网太阳能的光明前景 / 135
即用即付模式 / 142
微型电网的宏观影响 / 147
公共干预的双刃剑 / 154
| 第三部分 |
太阳能技术的全面创新
第6章 新的曙光:钙钛矿材料革命 / 162
从光子到电子 / 168
速度增长了10倍 / 172
可用的替代品 / 177
一种方法并不适于所有场景 / 180
避免技术路径依赖:多元的解决方案 / 186
第7章 储存阳光 / 190
“零缺陷,零线路” / 195
圣杯 / 201
技术关键:高温 / 206
规划未来 / 214
| 第四部分 |
系统性创新与整合
第8章 超级电网 / 220
全球助力打造超级电网 / 226
当超级电网遇上超级风暴 / 233
电网蜂巢思维:算法助推超级电网的分散管理 / 240
两全其美:超级电网与微型电网的结合 / 244
第9章 突破电池瓶颈 / 248
储能方式比较 / 254
脱碳能源 / 260
从容量到功能 / 267
会移动的电池:电动车入网 / 272
超越能源 / 275
第10章 山巅之太阳能城 / 278
能源投资的新浪潮 / 284
能源自主创新 / 290
创新与税收 / 297
新的使命 / 302
致谢 / 306
专业术语 / 310
注释
图注
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