可再生能源的阴暗面

根据可再生能源这个名字的声音，一个人可能会认为仅使用“可再生”能源是理​​想的选择-我们都应该努力完全使用这种能源。但是，有许多可被称为“可再生能源”的能源，以及可再生能源的许多应用。显然，并非所有人都同样出色。也许我们应该更仔细地研究“可再生能源是我们的救星”。

图1。根据BP 2012年世界能源统计回顾得出的世界燃料消耗量。

1.我们今天拥有的可再生能源在任何合理的时间范围内都不会替代当今的化石燃料。

上面的图1显示了1965年以来使用的燃料分布。

BP称，2011年其他可再生能源，包括风能，太阳能，地热和其他类别的新可再生能源，总计占世界能源供应的1.6％。淡蓝色线在图1中不是很明显。（顶部可见的蓝线是“核”。）

生物燃料包括乙醇和其他类型的生物燃料，例如棕榈油，占世界能源供应的0.5％。它的橙色线在图表上也不太明显。

自1880年以来，以紫色显示的水力发电已有很长的历史了-自1880年在美国开始。它占世界能源供应的6.4％。它的数量并没有增长太多，因为大多数好的地点都已经被挡住了。

这三个类别总计占世界能源供应的8.5％。如果以今天的速度继续增长，那么可再生能源的供应量将占世界能源供应量的10％或15％以上，将需要很长时间。很显然，我们无法用如此多的能量来操作我们今天拥有的所有设备。实际上，用这样大量的能量，我们什至不能覆盖70亿人的基本生活（食物，水和热能保持冻结）。

2.如果存在巨大的崩溃情况，那么当其他人没有这种选择时，拥有可再生能源技术的人就有可能使用这些技术以使自己受益。

当今的技术有很多方式可以使几十年来碰巧使用它们的数十万或几百万人受益。拥有太阳能电池板和备用电池的人可能在没有其他人的情况下操作电灯。住在大型水力发电厂附近的人可能会希望通电，而该国其他地区却没有。拥有太阳能热水器的人可能有热水，而其他人则没有。

当然有限制。如果太阳能电池板依靠备用电池，则电池可能会很快磨损。从热力学第二定律我们知道，随着时间的推移，一切都会退化。这包括太阳能电池板，水力发电厂，输电线，甚至太阳能热热水炉。因此，除非我们能够重复制造新设备，否则，当今技术的利益最多只能延续几代。

关于从房屋屋顶上的太阳能光伏电池板供电的信息存在相当多的误解。通常，它们通过逆变器操作（产生交流电）并连接到电网。如果该区域停电，则不能使用这些设备。进行一些重新布线后，这些面板可以独立使用。在此基础上，它们的使用将受到更大的限制。它们只能用于带直流电的设备，并且只能在阳光普照的情况下使用（除非有备用电池）。

3.可再生能源不能在任何合理的时间范围内“独立”运行。

每个能源都非常专业。过去，人类和动物劳动在作物生长中起着重要作用。由木材制成的木炭被用于制造非常少量的金属和玻璃。可以使用传统的“可再生能源”来为社会供电，这在很大程度上是因为总共仅使用了少量的非人类和非动物能源。世界人口是10亿或更少，而不是70亿。生活水平相当低。在今天的印度，农作物的种植主要是依靠人类和动物的劳动，这两种来源被认为是“可再生的”。

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图2。在印度收割水稻的工人。作者在2012年10月访问印度时拍摄的照片。

即使生活水平低下，化石燃料的巨大贡献也很难消除。工人使用的手动工具是镰刀，是用煤制成的。印度使用由化石燃料（天然气或煤炭）制成的氮肥，以及灌溉泵（由化石燃料制造，并以柴油或电力作为燃料）。使用当今的可再生能源（如果规模足够大），仅电力部分将非常容易消除。

有些人似乎认为，可再生能源可以独立为世界供电。目前，可利用的极少量可再生能源本身就成为实现这一目标的巨大限制。此外，当今的太阳能光伏板和风力涡轮机是使用化石燃料制造和运输的，我们的大多数运输业都使用石油。从理论上讲，我们可以开发仅使用电力的新设备，也可以制造足够的生物燃料以形成完整的闭环（仅使用可再生能源制造和运输的设备）。实际上，我们有数以万亿计的汽车，卡车，飞机和建筑机械都在使用石油。因此，距可再生能源的全面转换最多只有数十年的路程。

在这一点上，可再生能源只是“化石燃料增量剂”。它们在我们当前的化石燃料系统中运行。没有化​​石燃料，就不能指望它们繁殖。

4.在当今世界，一些可再生能源是经济的，而另一些则需要补贴。

显然，当今世界上有许多经济的可再生能源类型。地热在某些地方是经济的，因为地下热量可以用来烧开水来发电或直接给房屋供暖。太阳能光伏电池板和备用电池通常是偏远地区成本最低的电源（下图3）。这就是能源公司使用它们在偏远地区供电的原因。太阳能热能便宜，可以用来加热游泳池和在温暖的气候下加热热水。

图3。怀俄明州Wamsutter的BP致密气装置中的带太阳能电池板的天然气井用于监测设备。（2008年作者照片）。

其他可再生能源需要补贴。我们通常认为间歇性可再生能源（例如风能和太阳能光伏电池板）需要补贴。实际上，通常很难说出确实需要多少补贴。补贴的一部分来自对升级的电网传输的需求；补贴的部分原因是需要减少化石燃料备用站的运行时间，并使其更频繁地上下升降，从而使其磨损更快。补贴的一部分以增加复杂性的形式出现，这使得长期维持电力供应更加困难。没有明显的理由相信间歇性的电力将使电网的使用寿命更长–如果我们在达到多种类型的极限的同时增加了电网监管的复杂性，那么增加间歇性的可再生能源似乎会增加早期失败。

只要对可再生能源有可再生能源的强制性要求，并且费用由许多不同的付款人（大多数人不支付其付款额）来分配，就很难说出今天的实际补贴额是多少。间歇性可再生能源的能源投资回报率（EROEI）计算并未考虑整个系统成本，包括对其他参与者的影响，因此高估了经济利益而低估了能源成本。最后，我们无法很好地衡量强制性可再生能源供应消耗了我们多少钱。此外，随着我​​们向电网中添加更多间歇性可再生能源，其他参与者的成本预计会上升，这会使成本低估（和EROEI的高估）随着时间的推移而增加。

5.高价可再生能源有助于解决我们的某些问题，但会使其他问题更加严重。

从经济角度来看，廉价的可再生能源-不需要补贴或强制性-并不是问题。其中许多可以在不带来经济挑战的情况下帮助环境。

那些有问题的是需要补贴的，尤其是当我们不知道补贴到底有多少时。下面的图4给出了我所达到的各种限制如何共同作用的观点。

图4。作者认为各种限制可能如何共同产生不同的症状。

在我看来，我们首先达到的极限是图4图表外部的极限：财务问题和政治问题。（我在“我们的能源困境图表”中介绍了此图表。）随着更多的失业者以及政府发现有必要削减针对穷人和失业者的财政计划，疾病易感性开始进入。

如果可再生能源的价格很高，即使它减少了国内的二氧化碳排放量并减少了用电产生的当地污染，它也会加剧该图表外部的问题。稀土金属进入风力涡轮机或太阳能电池板的制造仍可能存在污染问题，但这些污染金属在中国或其他偏远地区很方便。制造设备本身也需要化石燃料，如果设备是从中国进口的，则通常需要煤。

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我们目前的财务困境的解决方法可以由下面的图5表示：

图5。代表政府在财政上如何陷入困境。图片来源：Texaspolicy.com，Thetaxhaven.com.au，Usahitman.com，politic365.com，autoevolution.com。

高价可再生能源往往以几种方式加剧图5所示政府的糟糕财政状况：•得益于这些可再生能源的较高成本，赚取工资的工人甚至更是一文不值•，各公司倾向于将其制造转移到更便宜的地点（通常使用煤炭）。这既减少了（a）公司向美国政府支付的税款，又（b）支付给了美国工人的工资•，政府为失业工人支付了更多的福利，•并且政府为补贴支付了更多的资金。

最后，当我们观察世界二氧化碳排放量时，我们发现它们实际上相对于《京都议定书》（1997年签署）之前的预期上升了，而不是下降，因为对可再生能源的重视程度有所提高（图6）。 ）。

图6。《 BP 2012年世界能源统计回顾》显示，化石燃料在世界范围内的实际二氧化碳排放量。根据1987-1997年的实际排放趋势，拟合线的预期排放趋势是每年约1.0％。

图6所示的排放增长的主要原因似乎是全球化。但是，我想知道，是否通过在一个国家自己的边界内观察排放量的做法来推动全球化，同时排除与进口制成品有关的排放量。推动发达国家转向可再生能源，与此同时，亚洲通过使用煤炭大大提高了市场份额。

德国现在是可再生能源使用的领导者。最近的报告说，由于可再生能源的高成本，有80万德国家庭无法支付电费。也有报道称，德国天然气生产商希望关闭备用的风/太阳能发电厂，除非他们也获得补贴。

6.即使可再生能源看起来便宜且非间歇性，其使用仍然存在问题。

不幸的是，大自然并没有真正为我们提供免费的午餐。如果我们使用生长中的植物，例如树木，玉米，棕榈油树或其他生物质，我们也将开始达到极限。砍伐树木的速度比重新生长的速度要容易得多。从星洲的研究中我们知道，森林砍伐已经是6000年前的问题，当时地球上只有2000万人。森林砍伐还导致土壤流失和侵蚀，这也是一个巨大的问题。实际上，耕种任何形式的农作物都容易导致土壤流失。

水电虽然是一种很好的能源，但也有其缺点。在其建造后的最初几年中，它倾向于增加水灾地区的二氧化碳产量。它往往会干扰鱼类的迁徙以及物种的正常平衡。建设大型水力发电厂会占用大量耕地，造成大量人口流离失所。它可能导致地震和山体滑坡。一个国家有时可以通过建设水力发电设施来“窃取”另一个国家的水。

我们的整个生态系统，包括动物和气候系统，都需要各种物种之间的平衡。今天，科学家警告我们，人类不能简单地夺取所有自然资源供我们使用。可再生能源经常使用其他物种也需要的自然资源，尤其是生物燃料，木材和生物质。生物学家告诉我们，由于过度使用“净初级生产力”（Barnosky和Haberi），我们处于达到临界点的危险中。

结论

如果大自然以可再生能源的形式为我们提供免费午餐，那将真的很方便。充其量，我们得到了一些东西，如果我们明智地使用它，可以为我们今天的资产增加一些。如果限制在不久的将来真正成为问题，那么可再生能源实际上可能“拯救”人类的余地。

如果可再生能源真正为整个世界人口提供广泛的利益（不超过非水电可再生能源的2％），我们就需要开发可再生能源，其资源使用量比今天的可再生能源低得多。 1这种较低的资源使用将带来以下好处：

1.它将减少制造可再生发电设备的污染影响。2。它将降低制造替代能源的成本。3。它将提高此类可再生能源的可扩展性。4。这将改善此类可再生能源的EROEI。

似乎普遍认为EROEI为3或4或5对可再生能源来说“足够好”。经济显示出迹象，表明我们目前的燃料成本已经太高了。我们真正需要做的是降低能源成本水平。因此，我们真正需要的是可再生能源，它将减少我们的平均能源成本并提高燃料的平均EROEI。

注意：

[1]不幸的是，可再生的名称并不等同于资源消耗少。在某些情况下，例如太阳能和风能，意味着“前端化石燃料资源”的使用。在其他情况下，例如生物燃料，它的意思是“利用土壤，淡水和化石燃料提供石油替代品”。

通过。盖尔·特维尔伯格