石油、煤炭同新能源的較量愈演愈烈，公眾習(xí)慣了從生產(chǎn)成本、資源量上來(lái)比較不同能源的競(jìng)爭(zhēng)力。然而決定化石能源和新能源勝負(fù)的，更深層的因素是儲(chǔ)能方式的較量。
《全球通史》的第一句話就是：“現(xiàn)代人所取得的一項(xiàng)杰出成就就是對(duì)過(guò)往歷史的研究和再現(xiàn)，而古人對(duì)在他們之前發(fā)生的事情則知之甚少。”作者舉例說(shuō)：希臘歷史學(xué)家中最無(wú)偏見(jiàn)的修昔底德在研究伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭(zhēng)之初就斷言，在他所處的時(shí)代之前沒(méi)有發(fā)生過(guò)什么大事——對(duì)歷史的忽視使他無(wú)法得知雅典無(wú)與倫比的光榮和貢獻(xiàn)。
我們不能責(zé)怪古人的無(wú)知和疏漏，這緣于歷史本身的特性和人類有限理性的矛盾。一些歷史的重大線索并非清清楚楚呈現(xiàn)的，而是隱藏在草蛇灰線的痕跡中，只有當(dāng)時(shí)間累積得足夠長(zhǎng)，人們才能從零碎的事件中透視背后的規(guī)律，抽取清晰的脈絡(luò)，獲得對(duì)于未來(lái)的啟示?！@與其說(shuō)是歷史的吊詭，毋寧說(shuō)是歷史對(duì)人的誘惑。
關(guān)于能源的歷史，同樣如此。我們一向熱衷于從物質(zhì)層面討論能源的發(fā)展和變遷，這當(dāng)然無(wú)可厚非，畢竟能源首先是作為一種巨大的物質(zhì)力量而存在，“及物性”是能源作為一項(xiàng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)話題內(nèi)在的特性。但當(dāng)我的眼光逡巡在“水面”之下，試圖找出能源發(fā)展的深層動(dòng)因和內(nèi)在規(guī)律時(shí)，似乎隱約發(fā)現(xiàn)一些隱秘的“暗線”在不羈地波動(dòng)，它們不是那么顯而易見(jiàn)，但又確實(shí)存在，它們既指向著能源發(fā)展的本質(zhì)，也彰顯著人類文明進(jìn)程的某些微妙而深遠(yuǎn)的啟示。
文明發(fā)展與儲(chǔ)存能力息息相關(guān)
人類從動(dòng)物發(fā)展而來(lái)，從“智人”開始，人類逐漸區(qū)隔于動(dòng)物界，并成為萬(wàn)物之靈，其中最關(guān)鍵的在于大腦的進(jìn)化。以色列歷史學(xué)家赫拉利的《人類簡(jiǎn)史》清楚地描述：大約是在距今7萬(wàn)到3萬(wàn)年前，智人出現(xiàn)了新的思維和溝通方式，即所謂的認(rèn)知革命。得到普遍認(rèn)可的理論認(rèn)為，某次偶然的基因突變，改變了智人的大腦內(nèi)部連接方式，讓他們以前所未有的方式來(lái)思考，用完全新式的語(yǔ)言來(lái)溝通?！爸侨恕弊罱K得以從遠(yuǎn)古人類的眾多分支中脫穎而出，成為現(xiàn)代人類的先祖，原因正在于認(rèn)知革命所帶來(lái)的大腦的快速進(jìn)化。
與當(dāng)時(shí)的很多大型動(dòng)物相比，智人的大腦只占身體總重約2%~3%，但在身體休息時(shí)，大腦的能量消耗卻占了25%，而其他猿類同樣狀態(tài)的能量消耗大約只占8%。好比同樣是一部“手機(jī)”，為何智人這么“耗電”?原因只有一點(diǎn)，就是智人的大腦儲(chǔ)存了更多的信息，大腦儲(chǔ)存能力得到了大大地拓展。大腦的快速發(fā)展最初源于人類的社會(huì)化所帶來(lái)的信息需求，通過(guò)建立群體交往在惡劣環(huán)境中生存下去并占據(jù)更多的主動(dòng)，無(wú)疑是其背后最主要的動(dòng)力。這種信息儲(chǔ)存能力與認(rèn)知能力的相互促進(jìn)，使智人在成為地球主宰者的路上走得更快。
在文字發(fā)明以前，人類初民們所使用的信息只能留存在大腦和稍縱即逝的口語(yǔ)當(dāng)中，繪畫和文字的出現(xiàn)，使信息交流突破了時(shí)間和空間的局限，極大增強(qiáng)了人類改造世界的能力。為了記錄思維活動(dòng)的痕跡，人類使用過(guò)巖石、動(dòng)物甲骨、金屬、竹木、布帛等各種載體，經(jīng)歷了印刷術(shù)誕生、利用電磁波和計(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)。近百年來(lái)，人類的儲(chǔ)存介質(zhì)經(jīng)歷了從錄音帶到軟盤、光盤、U盤到云端等不斷變遷的過(guò)程。21世紀(jì)的信息社會(huì)，還將創(chuàng)造出更加先進(jìn)的儲(chǔ)存介質(zhì)，更加廣泛和多樣地帶來(lái)全新的工作方式和生活方式。
整個(gè)人類的進(jìn)化史，也是一部人類信息活動(dòng)的演進(jìn)史。信息的積累和傳播，是人類文明進(jìn)步的基礎(chǔ)，文化和科技的飛速發(fā)展緣于信息儲(chǔ)存能力提升。當(dāng)作為人腦外延的信息儲(chǔ)存技術(shù)日新月異地發(fā)展之時(shí)，人腦的“內(nèi)存”也在不斷拓展。英國(guó)每日郵報(bào)稱，科學(xué)家最新研究表明，人類大腦的信息存儲(chǔ)能力是之前預(yù)計(jì)的10倍。美國(guó)科學(xué)家現(xiàn)測(cè)量了大腦神經(jīng)突觸的存儲(chǔ)能力，結(jié)果顯示人類大腦可以存儲(chǔ)1000萬(wàn)億字節(jié)數(shù)據(jù)信息，相當(dāng)于存儲(chǔ)13.3年高清電視節(jié)目的數(shù)據(jù)量，而人類真正利用的還只是很小一部分。
信息儲(chǔ)存帶來(lái)了文學(xué)、藝術(shù)和科技的發(fā)展，而人類學(xué)會(huì)和發(fā)展出的花樣繁多的食物儲(chǔ)存能力，則有效地增強(qiáng)了體質(zhì)，延長(zhǎng)了壽命，拓展了活動(dòng)范圍。動(dòng)物馴化和養(yǎng)殖，糧食作物種植，肉食加工保存，奶酪，釀酒，干糧罐頭等等，都是對(duì)食物不同的“儲(chǔ)存”方式。儲(chǔ)存食物的能力使人免于饑餓和便于遷徙，最終使人突破地域的限制，走向了地球的每一個(gè)角落。
《全球通史》記載顯示，在食物儲(chǔ)存方面，早期祖先基本上已經(jīng)用上了我們今天所知的全部技術(shù)。他們擁有泥質(zhì)灶，使用石板燒烤技術(shù)，在北極圈內(nèi)冷凍食物，通過(guò)風(fēng)干來(lái)保存食物，并用牛油或獸脂來(lái)密封食物。除了冰箱、塑料容器、煤氣和電力等純現(xiàn)代發(fā)明的用具外，舊石器時(shí)代的廚師對(duì)現(xiàn)代的廚房和烹飪技術(shù)并不會(huì)感到陌生。
倒是罐頭的發(fā)展史，稱得上是一個(gè)創(chuàng)造性的故事，它改變了我們的飲食、購(gòu)物和旅行方式。對(duì)于18世紀(jì)末期的海洋國(guó)家而言，食品是航海者和將領(lǐng)們腦海中縈繞不去的問(wèn)題。18世紀(jì)50年代，超過(guò)半數(shù)的英國(guó)海員死于營(yíng)養(yǎng)不良。如何在遠(yuǎn)離陸地食品供應(yīng)的條件下更好地生存下來(lái)，這一難題的解決顯得極其重要。奇跡制造者來(lái)自巴黎南部的一家糖果店，尼古拉˙阿佩爾發(fā)明了將食物放在密封的玻璃器皿內(nèi)，再連瓶帶罐放入沸水中加熱的方法。在《保存動(dòng)物和蔬菜的藝術(shù)》一書中，阿佩爾公布了他的發(fā)現(xiàn)。法國(guó)海軍最初使用了他的方法，英國(guó)商人彼得˙杜蘭德則進(jìn)一步改良，用鍍錫罐保存食物，工程師布萊恩˙唐金購(gòu)買了這一技術(shù)專利，并開始真正意義上的商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。罐頭的發(fā)明，使人們不再為遠(yuǎn)足時(shí)的食物匱乏而擔(dān)憂，為輪船的跨洋航行和戰(zhàn)爭(zhēng)的長(zhǎng)途征伐提供了后勤保障，深刻地改變了近代歷史。
能量?jī)?chǔ)存的進(jìn)化路徑
人類社會(huì)賴以生存發(fā)展的三大基礎(chǔ)是物質(zhì)、信息和能量。世界是由物質(zhì)組成的，信息是交流的媒介，能量則是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。在物質(zhì)和信息儲(chǔ)存推動(dòng)文明進(jìn)步之時(shí)，作為人類能量的主要來(lái)源，能源的發(fā)展也不自外于這一規(guī)律，儲(chǔ)存能力的增強(qiáng)不斷改變著人們利用能源的方式，也有力地推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科技的進(jìn)步。
從鉆木取火開始，人類開始使用薪柴這樣的初級(jí)能源，這一最易獲得的生物質(zhì)能，支撐了人類數(shù)千年的發(fā)展。與此同時(shí)，人們學(xué)會(huì)使用了風(fēng)力和水力，并馴化了動(dòng)物以獲得畜力，這些機(jī)械能成為人的自身力量的延伸，使人類改造自然的力量大大增強(qiáng)。
化石能源的大規(guī)模使用，在能源發(fā)展史上具有顯著的意義。它的集中儲(chǔ)存和運(yùn)輸，大大減少了搜集薪柴所耗費(fèi)的人力成本，提升了能源獲取的便捷程度;從薪柴到煤炭再到石油，人類使用的主導(dǎo)性的化石能源能量密度不斷增加，則成為了技術(shù)快速進(jìn)步的最大驅(qū)動(dòng)力。煤炭和石油分別催生了第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命，改造了全世界的經(jīng)濟(jì)政治結(jié)構(gòu)和全球化體系，使這個(gè)地球發(fā)生了迄今最為深遠(yuǎn)的改變。
當(dāng)煤炭在能源舞臺(tái)上逐漸黯淡時(shí)，石油也因?yàn)椤胺逯嫡摗钡钠飘a(chǎn)而走下神壇。人們把目光投向了天然氣，認(rèn)為它是向未來(lái)能源體系過(guò)渡的最佳橋梁，也將是清潔能源大行其道之前“碳家族”的最后輝煌。頁(yè)巖氣的大規(guī)模發(fā)展，更是使天然氣被寄予了更多厚望。而作為能量密度最高的核能，人們?cè)诤肆炎兒秃司圩冾I(lǐng)域的孜孜努力從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)。
從能源發(fā)展的歷史進(jìn)程中，我們可以合乎邏輯地發(fā)現(xiàn)，能源發(fā)展就是能量?jī)?chǔ)存不斷改進(jìn)的過(guò)程，遵循著從低密度到高密度、從分散到集中的趨勢(shì)。從薪柴到化石能源到核能的發(fā)展，使這一規(guī)律顯性地呈現(xiàn)，而另一些領(lǐng)域，這一規(guī)律則以隱形的方式存在，比如頁(yè)巖氣的大范圍、低豐度分布，似乎逸出了這一規(guī)律的制約，但實(shí)際上，由于壓裂技術(shù)帶來(lái)的聚集效應(yīng)，使其依然符合這一規(guī)律。
隨著低碳趨勢(shì)帶來(lái)的轉(zhuǎn)型，新能源的快速發(fā)展，人們有理由相信，與歷史既往不同的是，未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)是多元化的，多種能源形態(tài)并存，新舊能源和諧相處。而以風(fēng)、光、水為主要能量來(lái)源的新能源的離散分布，讓人不禁疑惑：能源發(fā)展是否將背離從分散到集中、從低密度到高密度這一規(guī)律呢?關(guān)鍵在于儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。儲(chǔ)能技術(shù)將把分布生產(chǎn)的能源大規(guī)模聚集儲(chǔ)存，如此，即便能源生產(chǎn)方式是多元甚至離散的，但能源的使用依然是集中式和高密度的。
能量?jī)?chǔ)存的不同方式
儲(chǔ)能并非多么新鮮的事物，它是能量轉(zhuǎn)化和能源技術(shù)發(fā)展中與生俱來(lái)的特征。機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、電能、核能等主要類型的能量，都能儲(chǔ)存在一些普通種類的能量形式中，例如機(jī)械能可以儲(chǔ)存在動(dòng)能或勢(shì)能中，電能儲(chǔ)存在感應(yīng)場(chǎng)能或靜電場(chǎng)能中，熱能能儲(chǔ)存在潛熱或顯熱中，而化學(xué)能和核能本身就是純粹的儲(chǔ)存能形式。
在現(xiàn)代社會(huì)，無(wú)論是工業(yè)生產(chǎn)還是日常生活，能量?jī)?chǔ)存都具有不可或缺的重要意義。例如對(duì)電力工業(yè)而言，電力需求的最大特點(diǎn)是晝夜負(fù)荷變化很大，巨大的用電峰谷差使峰期電力緊張，谷期電力過(guò)剩。如果將谷期的電能儲(chǔ)存起來(lái)供峰期使用，將大大改善電力供需矛盾。再如在太陽(yáng)能利用中，由于太陽(yáng)晝夜的變化和受天氣季節(jié)的影響，也需要儲(chǔ)能系統(tǒng)保證太陽(yáng)能利用裝置連續(xù)工作。
儲(chǔ)能技術(shù)在各種能量形態(tài)中都具有極為重要的作用，也都有不斷進(jìn)化的空間。機(jī)械能以動(dòng)能或勢(shì)能的形式儲(chǔ)存。動(dòng)能通?？梢詢?chǔ)存于旋轉(zhuǎn)的飛輪中，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和動(dòng)力裝置中;以勢(shì)能方式儲(chǔ)存則是最古老的能量?jī)?chǔ)存形式之一，小到彈簧、扭力桿和重力裝置等，大到壓縮空氣儲(chǔ)能和抽水儲(chǔ)能。
由于峰谷用電的不均衡，電能的儲(chǔ)存有很大的實(shí)用意義。除了通過(guò)抽水蓄能的方式以機(jī)械能的形式儲(chǔ)存外，電能還能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存于蓄電池中。為了減少現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)汽車對(duì)環(huán)境的污染，無(wú)污染的電動(dòng)汽車日益受到人們的青睞，而廉價(jià)、高效、能大規(guī)模儲(chǔ)存電能的蓄電池正是電動(dòng)汽車的核心。
熱能是最普遍的能量形式，熱能儲(chǔ)存就是把一個(gè)時(shí)期內(nèi)暫時(shí)不需要的多余熱量通過(guò)某種方式收集并儲(chǔ)存起來(lái)，等到需要時(shí)再提取使用，具體方式有顯熱儲(chǔ)存、潛熱儲(chǔ)存和化學(xué)儲(chǔ)存三大類。采暖和空調(diào)是典型的季節(jié)性負(fù)荷，如何采用長(zhǎng)期儲(chǔ)能的方法來(lái)應(yīng)付這類負(fù)荷一直是科學(xué)家們關(guān)注的問(wèn)題。
衡量?jī)?chǔ)能材料及儲(chǔ)能裝置性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)有儲(chǔ)能密度、儲(chǔ)存過(guò)程的能量損耗、儲(chǔ)能和取能的速率、儲(chǔ)存裝置的經(jīng)濟(jì)性、壽命(重復(fù)使用的次數(shù))以及對(duì)環(huán)境的影響等。從這些技術(shù)參數(shù)來(lái)看，相對(duì)于電容器、飛輪等儲(chǔ)能裝置來(lái)說(shuō)，作為核能和化學(xué)能的儲(chǔ)存者，即核燃料和化石燃料有很大的儲(chǔ)能密度。特別是核能，如果將它像化學(xué)能一樣僅僅看作一種儲(chǔ)存能量的形式，則它的儲(chǔ)能密度比任何儲(chǔ)能形式都大出許多倍，是其它儲(chǔ)能形式根本無(wú)法比擬的。
未來(lái)能源發(fā)展依賴能量?jī)?chǔ)存的突破
倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院政策研究所主席尼克-巴特勒說(shuō)：在改變能源業(yè)的技術(shù)進(jìn)步中，可能沒(méi)有哪一項(xiàng)比能源儲(chǔ)存更重要的了。在應(yīng)用規(guī)模足夠大的情況下，這項(xiàng)技術(shù)能夠?yàn)槟切┟銖?qiáng)維生的人提供光和熱，并從根本上改變世界能源結(jié)構(gòu)。
能源儲(chǔ)存技術(shù)可被用于從煤炭到風(fēng)能的任何形式的能源供應(yīng)，也可以用于從交通到供暖的任何用途。通過(guò)能源儲(chǔ)存技術(shù)，消費(fèi)者可以在需要的時(shí)候使用能源，而非只在能源生產(chǎn)出來(lái)的時(shí)候使用，從而提高能效。從經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展使可再生能源受到的影響最大，得到的益處也最多。因?yàn)樵趦?chǔ)能技術(shù)還不夠的情況下，這一領(lǐng)域能源供給的浪費(fèi)比例更大，能源供給的間斷性也迫使用戶承受高昂的備用能源成本。
但儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)在于：技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源體系的改變，必然受到現(xiàn)有能源輸配體系的制約，存在一定的“路徑依賴”。而能源存儲(chǔ)技術(shù)要具備經(jīng)濟(jì)可行性，是否一定需要取得爆炸式的突破。前者的解決方案在于，將能源儲(chǔ)存機(jī)制融入現(xiàn)有輸配系統(tǒng)，使能源生產(chǎn)與使用得到更好的協(xié)同和管理。
關(guān)于后者，我們則要認(rèn)識(shí)到技術(shù)進(jìn)步的漸進(jìn)性。能源儲(chǔ)存的核心技術(shù)已經(jīng)為人所知，也正在取得進(jìn)展;一些技術(shù)已經(jīng)擁有了商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。就像我在用這臺(tái)電腦寫作時(shí)，它的續(xù)航時(shí)間要比十年前有了極大的改進(jìn)。我們樂(lè)觀地預(yù)見(jiàn)，在能源領(lǐng)域，燃料電池、電網(wǎng)端儲(chǔ)能、能源管理系統(tǒng)將會(huì)是帶來(lái)革命性改變的新興技術(shù)。或許會(huì)出現(xiàn)一些改變整個(gè)能源體系的技術(shù)發(fā)展，但爆炸性突破并非必不可少的。
關(guān)鍵的一點(diǎn)是，能源儲(chǔ)存技術(shù)的成本正在快速降低。據(jù)穆迪(Moody’s)報(bào)告，過(guò)去五年電池的成本下降了50%。Lazard報(bào)告，行業(yè)人士預(yù)計(jì)接下來(lái)五年電池成本還會(huì)進(jìn)一步顯著下降。據(jù)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，劍橋大學(xué)在電化學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)突破，或?qū)⒋呱沙潆姷某?jí)電池。這種電池在給定空間內(nèi)存儲(chǔ)的能量是目前最好電池的五倍，可大大拓展電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，并可能大幅改觀電力存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益。
如果這些預(yù)測(cè)和報(bào)道是準(zhǔn)確的，對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)，受到最大威脅的將是化石能源，那些雄心勃勃的傳統(tǒng)替代方案如燃?xì)廨啓C(jī)以及輸配體系升級(jí)等昂貴的方案，都將在儲(chǔ)能技術(shù)的突飛猛進(jìn)面前黯然失色。
能源儲(chǔ)存的進(jìn)化是能源發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，它不以人的意志為轉(zhuǎn)移。作為能量密度最大的核能，在安全技術(shù)得到保障的前提下，將是未來(lái)的寵兒;而儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，將使構(gòu)想當(dāng)中的以電為基礎(chǔ)平臺(tái)的能源結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)實(shí)，電將無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不有，屆時(shí)人類將進(jìn)入一個(gè)全新的電能時(shí)代。
這一切何時(shí)出現(xiàn)，我們靜靜地等待，時(shí)間會(huì)揭曉一切答案。我們從歷史深處獲得的信息是，人類的發(fā)展是儲(chǔ)存能力提升的過(guò)程，人腦、信息、食物、能源，都在這一軌道上運(yùn)行，這只是歷史進(jìn)程中的偶然嗎?我們有理由如黑格爾所說(shuō)的那樣相信，世界的運(yùn)轉(zhuǎn)自有其邏輯，有并不被一眼發(fā)現(xiàn)的精密結(jié)構(gòu)，這背后的深層規(guī)律支配著客觀事物的發(fā)展變化，使不同領(lǐng)域的現(xiàn)象出現(xiàn)偶合。對(duì)于這種規(guī)律，人類的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)它，遵循它，努力適應(yīng)它，而不是試圖去改造它。
