可再生能源的摩尔定律

这篇文章最初发表于战略+商业杂志．

“石油公司应该更像科技公司。”作为2011年公众宣传活动的一部分，世界上最大的石油公司之一雪佛龙公司如是说。这一想法值得在全球、整个行业范围内认真对待。自第二次世界大战以来，计算机产业以以前无法想象的方式改变了全球经济和日常生活模式。

能源公司——尤其是那些开发太阳能和风能等可再生技术的公司——能否通过模仿带来数字时代的那种指数级技术进步，引发类似的变革?

众所周知，摩尔定律描述了计算机技术的规模和成本的急剧和持续缩减。1954年，一个晶体管的平均价格约为5美元。在接下来的半个世纪里，计算能力的价格稳步下降，直到集成电路的价值达到十亿分之一美元。

这种动态最早被正式描述是在1965年，当时半导体行业的先驱、英特尔公司的联合创始人戈登·摩尔在《电子学》杂志上发表了一篇文章，他注意到，可以经济地安装在标准计算机芯片上的元件的数量每年都在翻倍，并预测这种规模效应将持续至少10年。

摩尔在业内的地位和他的技术知识使他的话具有可信性和权威性。他的预言在1972年被称为“摩尔定律”，在近50年的时间里一直是正确的，指导着一个蓬勃发展和日益强大的工业的发展。

许多人认为，摩尔定律是由计算机电路的内在特性自动驱动的。当然，摩尔本人也认识到了技术创新与生俱来的速度。1975年，他重新校正了他的预测在电气与电子工程师学会的演讲将翻倍的速度从每年调整为每两年。

然而，即使是摩尔也不能无限期地预见未来。今天的计算机发展依赖于纳米技术和半导体材料方面的突破，这些突破在20世纪70年代是完全无法预见的，而且与摩尔最初观测的核心尺度效应没有直接关系。

然而，摩尔定律之所以成立，是因为它对行业的影响。作为一个清晰、可信、被广泛接受的指标，它创造了一种预期，即计算机能力每两年翻一番将带来巨大的金融机遇。工程师和企业家组织起来实现这些收益，吸引了大量持续的资本投资，这反过来又刺激了创新。

随着这些成功技术的成本和价格的下降，人们的期望更高，推动了更多的创新投资，进一步降低了成本。摩尔定律在半导体工业中扮演了一个强有力的组织原则。

摩尔本人也意识到了这种力量。在一个在2005年接受电视主持人查理·罗斯的采访时他说，他的定律“有点像一个自我实现的预言”。

当罗斯问摩尔定律是否会过时时，摩尔回答说，“和英特尔的技术专家交谈过，他们认为他们仍然可以合理地清楚地看到未来四代。那是我从未见过的距离。人们在克服限制技术发展速度的明显障碍方面表现出的创造力令人惊叹。”

有很多理由怀疑是否能产生类似的能量动力。发电、石油和天然气是成熟的行业，有着大量的传统基础设施。许多能源技术，包括光电技术，可以追溯到19世纪或更早。创新涉及液压力学、地质监测与传感、风力涡轮机设计等多个领域。涉及的公司分散且分散，他们的利益经常发生冲突。

最令人生畏的是，驱动当今大多数能源投资的预期——包括非常重要的机构投资者的假设——不是关注技术进步，而是关注石油价格波动、储量替代率、政府(或公民)法规，如碳排放税或邻避(“不要在我的后院”)限制。

虽然一些投资者提倡清洁能源，但他们的紧迫感很容易消散。高科技公司将摩尔定律视为生存法则;如果他们跟不上，就会失去很多相关性。相比之下，在能源行业，几乎没有人认为创新失败会受到惩罚。

事实上，能源公司倾向于只支持那些能提高其当前商业模式利润率的创新。因此，在2009年，当美国似乎要通过一项气候法案时，煤炭和石油公司都坚决支持CCS(碳捕捉和封存)技术，主要是因为它支持了它们在石油和煤炭工厂的嵌入投资。

然而，经济、环境和人口趋势的变化可能会激发能源摩尔定律的产生。第一个主要趋势是全球需求。

高盛资产管理公司(Goldman Sachs Asset Management)董事长吉姆•奥尼尔(Jim O'Neill)认为，未来40年，全球每年的生产性经济增长将持续下去。奥尼尔是著名的“金砖四国”(BRICs)经济学家三倍．据估计，随着数十亿人进入消费经济，全球能源消耗将急剧上升，从2009年的每年3立方英里石油(CMO)到本世纪中叶的6到9立方英里石油。(CMO是SRI国际工程师Hewitt Crane开发的一种使用衡量标准，用于对不同能源进行比较。)

与此同时，由于温室气体的排放，化石燃料的使用将受到越来越多的限制，而核能，尤其是在福岛灾难之后，将继续面临监管、成本和公众舆论的障碍。

可再生能源在技术上还不够先进，无法提供今天全球使用的一小部分能源——2009年，风能和太阳能加起来只占全球能源产量的不到1%。如果没有一个由摩尔定律这样的模型驱动的持续创新循环，所有形式的能源供应加在一起可能无法满足需求。

另一个趋势是能源行业越来越依赖技术创新。传统石油储量估计仅为35 CMO，到本世纪中叶可能会枯竭，而页岩和油砂的非常规储量估计高达300 CMO。因此，对煤炭、天然气和非常规石油生产技术的持续巨额投资。

正如一些观察人士所指出的，太阳能和风能发电技术对投资者来说还不是没有风险的，但它们已经变得足够多样化和复杂，足以为能源发电创造新的市场。(参见，例如，”可再生能源正处于十字路口，克里斯托弗·丹恩(Christopher Dann)、萨尔塔兹·艾哈迈德(Sartaz Ahmed)和欧文·沃德(Owen Ward)著，s+b, 2011年秋。(要求认购这本身就引发了投资者新的投资兴趣。

一些能源部门甚至出现了摩尔定律式的成本下降迹象，尽管速度不如高科技部门快，比如发电厂用来发电的天然气涡轮机。从1955年到1980年，燃气轮机的容量连续10次翻了一番，每次都使成本降低了20%到10%。

在那些年里，经通胀调整后，以天然气为基础的千瓦的成本降至原价的约五分之一。国际应用系统分析研究所(International Institute for Applied Systems Analysis)的阿努夫Grübler、Nebojša Nakićenović和大卫·维克多(David Victor)研究了日本的光伏数据，发现在1973年至1995年间，每千瓦的成本下降了90%以上。

还有一个例子可以在太阳能装置商业模式的经济学中找到。多年来，许多商业建筑的业主和管理人员一直推迟安装太阳能系统，因为他们的成本预期:巨额的前期资本支出和持续的运营和维护费用。

然而在2003年，一家名为SunEdison的美国光伏公司通过提供太阳能服务消除了这些障碍。客户可以签订长期电力合同，以保证每千瓦时的价格，不需要资本投资(除了屋顶空间)。这些成功的经济模式从资本市场带来了新的投资，使SunEdison能够提供更多类型的特许安装。

该行业仍在等待戈登•摩尔(Gordon Moore)的到来:这位具有信誉和洞察力的人将对能源的来源和使用建立可行的预期，从而推动投资和促进创新。

例如，你可以设想提出4/7规则:在2010年至2050年期间，太阳能技术在全球能源供应中的份额将每四年翻一番，风能技术的份额将每七年翻一番。这与历史记录相符。

据Cleantech Blog的作者John Addison称，从1979年到2009年的30年间，全球太阳能发电量以每年33%的速度增长，预计到2020年将超过40%。根据风能研究组织的数据，2000年至2010年间，风能产能每年增长25%至40%BTM咨询．

在这两种技术中，部署的能力每增加一倍，成本就会持续下降20%。如果这样的成本曲线能够被证明是可靠的，那么人们预计到2050年，在不依赖政府补贴的情况下，太阳能和风能的成本将降至目前的约十分之一，风能成本将降至约五分之一。

当然，这种增长并不容易。太阳能和风能都是土地密集的技术，都有自己的环境足迹。它们的增长是不可持续的，除非基础设施得到发展以支持它们，比如将当地产生的电力无缝接入电网或改进能源存储技术的能力。

如果能源行业真的发生转型变革，它也不会在真空中发生。在能源和碳排放方面，一致而深思熟虑的公共政策，可以促进从化石燃料经济转型所需的目标的持续性。

然而，即使对碳排放的监管最低，而且目前太阳能和风能的基载能力很低，可再生能源可能在能源技术中最有潜力实现快速增长和创新。

就像摩尔最初的定律一样，能量的4/7法则可能需要随着新知识的出现而随着时间的推移而调整，但总体目标将保持不变:创造一个清洁、负担得起、安全的能源未来，拥有巨大的增长机会，在这个未来，持续的创新取代油价波动或储量替代率，成为行业的紧迫来源。

正如戈登•摩尔(Gordon Moore)所指出的那样，这样的规则既可以成为突破性创新的指示器，也可以激发突破性创新——这正是未来40年能源领域所需要的那种创新。

_{cc许可的照片_dougie．}