尽管化石燃料会排放温室气体，但目前它们仍占全球能源产量的79%。
化石燃料长期主导该行业，主要原因只有一个：价格。
传统上，化石燃料的价格远低于其他类型的能源，但情况已发生很大变化。
仅太阳能的价格在过去10年中就下降了89%。
我们知道，向可再生能源的转型取决于其能否负担得起，这些图表将探讨我们如何实现这一目标。
当今世界的能源供应既不安全，也不可持续。我们可以做些什么来改变这一状况，并在应对现状这一双重问题上取得进展？
要看清前进的方向，我们必须先了解当前的状况。如今，化石燃料——煤炭、石油和天然气——占79%全球能源产量的比例。正如下图所示，它们具有非常严重的负面副作用。左侧的条形图显示了死亡人数，右侧的条形图则比较了温室气体排放量。我的同事汉娜·里奇（Hannah Ritchie）在她的文章中详细解释了该图表中的数据，“哪些是最安全的能源来源？”。
这两点非常清楚。由于燃烧化石燃料占全球二氧化碳排放量的87%，以化石燃料为主的世界不可持续，它们危及子孙后代的生命和生计，也危及我们周围的生物圈。而且，同样的能源还在当下导致许多人死亡——燃烧化石燃料产生的空气污染每年在全球各国导致360万人死亡；这一数字是6倍所有谋杀、战争死亡和恐怖袭击死亡人数总和的年度死亡人数。1
需要牢记的是，电能只是人类所依赖的几种能源形式之一；因此，向低碳能源转型的任务，比向低碳电力转型的任务更为艰巨。2
图表清楚地表明，化石燃料的替代能源——可再生能源和核能——比化石燃料安全和清洁几个数量级。
那么，为什么世界仍然依赖化石燃料？
化石燃料之所以主导全球能源供应，是因为过去它们更便宜，比所有其他能源来源都便宜。如果我们希望世界以更安全、更清洁的替代能源为动力，就必须确保这些替代能源比化石燃料更便宜。
来自长期存在的能源来源的电价：化石燃料与核能
全球电力供应主要由化石燃料供应。煤炭是迄今为止最大的来源，供应了37%的电力；天然气位居第二，供应了24%。将这些化石燃料用于发电和供热，是全球温室气体最大的单一来源，占全球排放量的30%。3
此处的图表展示了长期存在的电力来源——化石燃料和核能——的电价在过去十年中的变化。数据由劳氏（Lazard）发布。4
为便于在一致的基础上进行比较，能源价格以“平准化能源成本”（LCOE）表示。您可以从正在考虑建造发电厂的人的角度理解LCOE。如果您处于这种情况，那么LCOE就是对以下问题的回答：为使发电厂在其整个生命周期内实现盈亏平衡，客户需要支付的最低价格是多少？
LCOE涵盖了建造发电厂本身的成本，以及发电厂在其整个生命周期内的持续燃料和运营成本。但它并未考虑能源系统层面的成本与收益，例如低碳发电带来的价格下降，以及由于可再生能源输出的波动性而需要储能或备用电力时产生的更高系统成本——我们稍后将回到储能成本这一问题。5
这表明它是一项非常关键的指标。如果您作为发电厂建设者选择了一种LCOE高于替代能源价格的能源，您将难以找到愿意购买您昂贵电力的买家。
图表显示，在过去10年中，核电变得更加昂贵，燃气发电变得更便宜，而煤电——全球最大的电力来源——的价格几乎保持不变。我们稍后将看到这些价格变化背后的原因。
可再生能源电价的下降
如果我们想向可再生能源转型，重要的是它们相对于化石燃料的价格。6这张图表与上一张相同，但现在还包括了可再生能源的电价。
所有这些价格——包括可再生能源和化石燃料——均不含补贴。
看看近年来太阳能和风能的变化。仅10年前，两者差距还相当悬殊：建造一座燃烧化石燃料的新发电厂，远比建造一座新的太阳能光伏（PV）或风电场便宜得多。风电比煤电贵22%，太阳能比煤电贵223%。
但在过去几年里，这种情况已彻底改变。
2009年，公用事业规模太阳能光伏发电的成本为每兆瓦时359美元。短短十年间，价格下降了89%，相对价格发生了逆转：要与新建平均煤电厂实现盈亏平衡所需的电价，现在远高于建造风电或太阳能电站后可以向客户提供的价格。
这些快速的价格变化所代表的成就之罕见，怎么强调都不为过。试想如果其他商品的价格像可再生电力那样迅速下降：假设您在2009年找到了一个很好的居住地，当时您认为每月值得支付3590美元的租金。如果住房价格经历了我们在太阳能上看到的降幅，那么到2019年，您在同一地点只需支付400美元。7
我曾强调，决定建造哪种类型发电厂的是相对价格。可再生能源的价格下降是否影响了近年来实际发电厂建设者的决策？确实如此。正如您在我们的能源探索工具中所看到的，近年来风能和太阳能迅速扩大规模；2019年，可再生能源占全球所有新增装机容量的72%。8
为何会出现这种情况？学习曲线与太阳能光伏组件的价格
这怎么可能？为什么可再生能源的成本下降得如此之快？
化石燃料和核能的成本主要取决于两个因素：所燃烧燃料的价格和发电厂的运营成本。9 可再生能源发电厂则不同：其运营成本相对较低，且无需支付任何燃料费用；它们的燃料无需从地下开采，其燃料——风和阳光——会主动来到它们这里。决定可再生能源发电成本的，是发电厂的成本，以及技术本身的成本。
要理解太阳能发电为何变得如此便宜，我们必须理解太阳能技术为何变得便宜。为此，让我们暂时回溯到过去。
我能找到的可用太阳能技术的最早价格数据来自1956年。当时，每瓦太阳能光伏装机容量的成本为1865美元（按通胀调整并以2019年价格计算）。10 一瓦并不多。如今，房主安装在屋顶上的那种单块太阳能板，发电功率约为320瓦。11 这意味着，按1956年的价格计算，今天的一块太阳能组件将耗资596800美元。12
以这一价格计算——单块板就超过50万美元——太阳能显然在与化石燃料的竞争中毫无胜算。
那么，太阳能技术的历史为何没有就此终结？
太阳能之所以没有消亡，反而发展成为今天世界上最便宜的电力来源，有两个原因。
即使价格非常高，太阳能技术仍找到了用途。这项技术确实来自外太空。太阳能的第一个实际用途是为卫星供电，即1958年的先锋1号卫星。正是在这一高科技细分领域，有人愿意即使以极高的价格也为太阳能技术买单。
第二个重要原因是，随着生产量增加，太阳能组件的价格有所下降。更多的生产使我们有机会学习如何改进生产流程：这是典型的边做边学案例。高科技领域的初始需求促成了一定量太阳能技术的生产，而这一初始生产启动了需求增长与价格下降的良性循环。
该图展示了这一机制。为满足日益增长的需求，越来越多的太阳能组件被部署，这导致价格下降；在较低价格下，该技术在新应用中变得具有成本效益，进而又推动需求增长。在这一正反馈循环中，太阳能技术自其在外太空的早期阶段以来便持续自我推进。
太阳能简史：从外太空到地球上最便宜的能源
20世纪60年代，太阳能的主要应用仍是卫星。但良性循环已然启动，这意味着太阳能组件的价格虽缓慢却稳步地下降。
随着价格下降，该技术从太空走向地球。20世纪70年代的首批地面应用出现在电网连接成本高昂的偏远地区，例如灯塔、偏远铁路道口，或用于冷藏疫苗。13
图表左上角1976年的数据点显示了当时太阳能技术的状况。
当时，经通胀调整后，太阳能组件的价格为每瓦106美元。正如底部坐标轴所示，全球太阳能光伏装机容量仅为0.3兆瓦。与1956年相比，这已是94%的价格降幅，但相对于世界能源需求，太阳能仍然非常昂贵，因此规模极小：0.3兆瓦的装机容量仅足以每年为约20人提供电力。14
图表中的时间序列显示了太阳能组件价格从那时到现在的变化。所谓的“学习效应”在太阳能技术中极为显著：装机容量呈指数级增长，而太阳能组件的价格以指数方式
下降。由于两项指标都呈指数级变化，这一点在图中可以清晰看出，因为两个坐标轴都采用对数刻度。在对数坐标轴上，呈指数级下降的指标会呈现为一条直线。
这条直线表示经验——以该技术的累计装机容量衡量——与价格之间的关系，该技术的这条直线被称为学习曲线。与每次经验翻倍相对应的相对价格降幅，就是该技术的学习率。
这正是良性循环的运作方式。更多的部署带来价格下降，而价格下降又带来更多部署。对于太阳能技术而言，长期以来其部署扩大是依靠政府补贴和强制措施实现的——可以说，这些政策最积极的效果之一，是它们同样沿着学习曲线推动了这些新技术的价格下降。早期以高价支持可再生能源，使每个人日后都能以更低的价格购买它们。
生产越多、价格越低，这并不令人意外——这类“规模经济”在制造业的许多领域都存在。如果您已经在做一个披萨，再做第二个并不会多多少工作。
太阳能技术真正令人震撼之处，在于这一效应有多强：四十多年来，全球累计装机容量每翻一番，价格便相应下降相同的比例。
使这一降价成为可能的进展贯穿太阳能组件的整个生产过程：15 规模更大、效率更高的工厂正在生产组件；研发投入增加；技术进步提高了组件的效率；工程进步改善了硅锭和硅片的生产工艺；原材料的开采和加工规模扩大且成本降低；运营经验不断积累；组件更加耐用、寿命更长；市场竞争使利润保持在低位；资本成本下降。正是这一大规模集体过程中无数细小改进的累积，推动了价格的持续下降。
太阳能光伏组件的学习率为20.2%。16 每次累计装机容量翻一番，太阳能组件的价格就下降20.2%。17 较高的学习率意味着太阳能发电的核心技术迅速降价。太阳能组件的价格从每瓦106美元降至0.38美元，降幅为99.6%。
为正确预判未来，我们应当密切关注那些遵循学习曲线的技术。最初，我们或许只能在外太空的高科技卫星上看到它们，但未来属于它们。可再生能源并非唯一案例；最著名的案例是计算机，其相应的历史发展即为“摩尔定律”。如果您有兴趣正确预判未来，您便会关注摩尔定律如何帮助我们洞察技术发展的未来，并且您会想知道，规模化生产是否确实会导致价格下降——您可以阅读以下信息框，它对此进行了更深入的探讨。
电价是否遵循学习曲线？
太阳能光伏组件很可能遵循快速下降的学习曲线，但组件本身并非我们所需要的。我们需要的是它们产生的电力。太阳能发电的价格是否遵循学习曲线？
该图展示了相关数据。24 纵轴再次显示了电力的LCOE价格，横轴则为累计装机容量。25 与太阳能组件图表一样，两个变量均采用对数刻度绘制，因此图中的直线代表了这些技术的学习率。
亮橙色线条显示了过去十年太阳能光伏发电价格的变化。我们在观察太阳能组件价格时看到的学习曲线关系同样适用于 电力的价格。实际的学习率甚至更快：太阳能装机容量每翻一番，太阳能电力的价格就下降 36%，而太阳能组件的价格下降幅度为 20%。
风电（以蓝色显示）同样遵循学习曲线。陆上风电行业的学习率为 23%。装机容量每翻一番，价格便下降近四分之一。
海上风电的学习率为 10%，目前仍相对昂贵——仅比核电便宜 25%，比煤电略贵。但专家出于两个原因预计，海上风电的电力在未来几年将变得非常便宜：风力涡轮机的尺寸越来越大，以及海上风力稳定，使得发电负荷系数更高。26 陆上风电与海上风电的明显相似性也意味着，一个行业的学习效应可以转移到另一个行业。
化石燃料和核能不遵循学习曲线
可再生能源发电的成本正在迅速下降。那么它的竞争对手呢？我们首先来看煤电。
为什么煤电的价格没有下降？
煤炭是全球最大的电力来源，图表中也包含了煤电。新建煤电的全球平均电价（LCOE）从 111 美元降至 109 美元。太阳能成本下降了 89%，风电下降了 70%，而煤电价格仅下降了 2%。
过去十年煤电价格停滞不前并不罕见。煤电价格的历史发展与我们在可再生能源发电中所看到的情况相去甚远。煤炭价格和燃煤电厂的造价都没有遵循学习曲线，从长期来看，它们的价格甚至没有下降。27
煤电在历史上一直便宜，至今依然如此，但它并没有变得更便宜。我们不应预期这种情况在未来会有太大改变，原因有两个：
第一，煤电厂的效率几乎没有大幅提升的空间。典型电厂的效率约为 33%，而目前效率最高的电厂达到了 47%。28 即便效率从三分之一大幅提升到三分之二（这将是前所未有的改进），也只相当于太阳能光伏组件每 7.5 年所取得的进步。29
第二，所有化石燃料发电的电价不仅取决于技术，还在很大程度上取决于燃料本身的成本。电厂燃烧煤炭的成本约占总成本的 40%。30这意味着，对于所有存在燃料成本的不可再生发电厂而言，其电价的下降幅度存在一个硬性下限。即便电厂建设成本下降，燃料价格也决定了电价存在一个无法跌破的底部。
基于上述原因，煤电不遵循学习曲线也就不足为奇了。
天然气发电：我们是否应预期其价格将继续下降？
天然气发电是仅次于煤炭的第二大化石燃料发电来源，在过去十年中确实变得更便宜了。31 如上文所述，联合循环燃气电厂的发电成本下降了 32%，全球平均成本为每兆瓦时 56 美元。32
正如 Rubin 等人（2015）所示，在过去 70 年的某些时期，建造燃气电厂的成本有所下降。33 但是，过去十年天然气发电价格下降的主要原因是天然气本身的价格恰好在这一特定时期下跌。2008 年达到峰值后，天然气价格急剧下跌。水力压裂技术带来的供应增加是其中一个关键原因。然而，天然气价格的这种下跌并非长期发展趋势的一部分。如今的天然气价格比二三十年前天然气发电的电价在过去十年中下降，主要是因为天然气价格本身恰好在此期间下跌。更高。
出于与煤电相同的原因——学习效应有限，且燃料成本构成了价格底线——因此，我们不应预期天然气发电的电价会在未来几十年内显著下降，更不应预期其会出现类似可再生能源所见的学习曲线效应。
为什么核电变得更昂贵了？什么可以扭转这一趋势？
关于核电，图表中展示了 2009 年以来的数据。核电价格有所上涨。
这种上涨是一个长期趋势的一部分。在许多地方，正如 Rubin 等人（2015）所梳理的研究所记载的那样，建造发电厂的成本已变得更高。34 这当然非常令人遗憾，因为正如我们在第一张图表中所见，核能既是一种低碳电力来源，也是最安全的电力来源之一。
价格上涨的一个原因是核电监管力度加大，这虽然带来了安全性提升的重要益处。另一个原因是，近年来世界上建造的核电站数量不多，因此供应链规模较小、缺乏竞争力，也无法从规模经济中受益。35
这两个原因共同解释了为何全球平均LCOE 价格上涨。但就核电而言，各国之间的价格走势存在很大差异：美国和英国的价格与建设周期显著上升，而法国和韩国至少能够保持价格和建设周期基本稳定。36
Michel Berthélemy 和 Lina Escobar Rangel（2015）解释说，那些能够避免价格飙升的国家，并非在核电监管方面较为宽松，而是在反应堆建设的标准化方面做得更好。37 毕竟，学习意味着将在一个项目中积累的知识转移到另一个项目中。没有重复，就没有学习。
这与可再生能源形成了鲜明对比。核电技术尚未高度标准化，且建设频率极低，而太阳能光伏组件和风电场则恰恰相反，高度标准化且建设非常频繁。38
一种希望是，核电新一轮的建设热潮以及反应堆标准化程度的提高，将推动核电成本下降。
但目前任何地方的核电价格都没有明显下降，更谈不上可以用陡峭的学习曲线来描述。
但核电在未来仍可能变得更加重要，因为它能够在可再生能源存在弱点的地方起到补充作用：第一，可再生能源发电的间歇性仍是一项挑战，未来的后碳世界中可行的能源结构很可能包括所有低碳能源，既包括可再生能源，也包括核电。第二，可再生能源的土地占用面积很大，而核电的一大环境优势在于其几乎不占用土地。39
除现有的核裂变反应堆之外，还有多个团队正致力于研发核聚变反应堆，这有可能彻底改变全球的能源供应。40
使核反应堆与化石燃料具有竞争力，同样是支持碳税的理由。按单位能量计算，核反应堆造成的死亡人数比化石燃料电厂少 350 倍，而且作为一种低碳技术，它们可以成为推动摆脱化石燃料转型的关键。
电池和储能同样遵循学习曲线
可再生能源的一个缺点是其供应具有间歇性。太阳并非总是照耀，风也并非总是吹拂。储存电力的电池等技术，对于平衡可再生能源不断变化的供应与刚性的电力需求至关重要。
幸运的是，储能技术也是少数遵循急剧下降学习曲线的技术之一。41
按照目前的价格，全球可能只有五套大型储能系统的需求，但作为对未来的预测，这一判断有朝一日可能会显得荒谬（如果您不明白我在暗指什么，说明您没有阅读上方折页框中的内容）。
扩大低碳能源规模将带来更低的价格；我们不应为了地球和经济而错失这一机遇
前面讨论的要点是：可再生能源遵循陡峭的学习曲线，而化石燃料则不然。一个关键原因在于，可再生能源没有燃料成本，且运营和维护成本相对较小，这意味着可再生能源的 LCOE 随其技术成本而变化。而可再生能源系统的关键技术——太阳能、风能和电池——本身也遵循学习曲线：其装机容量每翻一番，成本便随之以相同幅度下降。
如果我们认真推进向低碳全球能源系统的转型，我们将拥有一个极佳的机遇。扩大可再生能源系统的规模，不仅能直接带来更多低碳能源，还会产生一个更为重要的间接效应：更便宜的能源。
风能和太阳能光伏的学习率异常之快，此类技术极为罕见。
太阳能和风能还有另一大优势。在如何减少温室气体排放的问题上，各方往往难以达成共识，而扩大太阳能和风电则是得到绝大多数人广泛支持的两种选择。即便在政治分歧常常很大的美国，可再生能源也获得了民主党和共和党中绝大多数人的支持。85% 的美国人支持扩大风电，92% 的美国人支持扩大太阳能发电，而在其他国家，支持率往往更高。42
当今，全球经济以及世界各地的工人深受 COVID-19 衰退的重创，利率处于低位（甚至为负），在此时扩大可再生能源系统为我们提供了推进发展的绝佳机会。能够同时带来更多就业机会、为消费者提供更便宜的价格，并实现更绿色、更安全的星球，这样的政策选择实属罕见。43
我们部署的可再生能源技术越多，其成本下降得就越快。更多的增长将带来更多的增长。
让可再生能源无法抗拒：某处的技术进步会转化为处处的进步
最后一个论点是，技术变革带来的价格下降对于推动向后碳世界的转型为何如此关键。如果富裕国家对可再生能源技术进行投资，沿着学习曲线推动价格下降，那么它们所做的就不仅仅是为自身从化石燃料向可再生能源转型，而是为整个世界作出贡献。
化石燃料与可再生能源的相对价格，是任何人决定建设何种发电厂的关键。使低碳技术变得便宜，是一项政策目标，它不仅能减少本国的排放，还能永久地减少整个世界的排放。
降低低碳能源的价格，应被视为清洁能源政策的最重要目标（及成果）之一，因为其意义超越了采纳该政策的国家的边界。这正是技术的美妙之处：一旦在某处被发明，它便可以惠及各处。
未来几年电力需求增长最快的地区将不是富裕国家，而是非洲和亚洲那些较为贫穷但正在快速发展的国家。44 太阳能发电成本的急剧下降，对许多往往拥有阳光充沛的气候的国家而言，是一项尤为有利的发展。
能源系统具有非常长的路径依赖性，因为建设一座发电厂或决定关闭一座发电厂成本都极高。因此，现在对可再生能源技术的投资将带来非常长期的效益。每当一个国家或一家电力公司决定建设低碳发电厂而非煤电厂时，都将在数十年间获益。低价格是说服世界——尤其是那些最为贫穷的地区——建设低碳电力系统以实现可持续未来的关键论据。
结论
关于气候变化挑战，最严重的误解之一是认为它是一个容易解决的问题。事实并非如此。
气候政策极其困难45 而且，技术挑战远不止电力行业，因为电力只是需要脱碳的几大行业之一。我们需要在所有这些行业推动变革和技术创新，其规模必须与问题相匹配，而这个问题是巨大的。
但是，对电价变化的考察表明，我们面前有一个明确的选择，使我们能够取得非常重要的进展。几十年前，低碳技术还贵到只能用于卫星，如今其价格已稳步下降，并提供了地球上最便宜的电力（这意味着它们现已成为人类曾经获得的最廉价的能源来源）。
降低可再生能源成本是实现绿色低碳未来的关键，但它对当今的人们也有重大益处：您的实际收入是您所获报酬与所购买的商品和服务价格之比——这正是能源价格下降意味着人们的实际收入增长的原因。能源价格下降意味着经济增长，贫困减少。
我们之所以有理由期待一个可再生能源得以迅速部署、而化石燃料电厂日益无利可图的未来，是因为可再生能源遵循陡峭的学习曲线，而化石燃料则不然。我们正走向一个化石燃料劣势将持续扩大的未来。
但是，限制气候变化是一场与时间的赛跑，我们仍有很长的路要走。很有可能全球温室气体排放已于去年达到峰值。这是一个巨大的里程碑，但峰值并非目标；我们需要一路降至净零排放。
尽早而非迟些扩大这些技术规模的理由在于，我们正在更快地迈向低碳、低成本的未来。这确保了未来几年建设的发电厂不是化石燃料电厂，而是可再生能源电厂。
这是迅速降低温室气体排放的关键。同时还有附带效益：它能使人们免受空气污染的侵害，并降低能源价格——这意味着收入增长和贫困减少。
在我的后续文章中，我将探讨可再生能源新电力的价格与现有发电厂电力价格之间的比较。新的可再生能源电力的价格如何与来自现有发电厂的电力价格相比较。
