关于可再生能源的冷酷硬道理

中美之间最近的气候协定是否意味着许多国家现在将在可再生能源和其他绿色解决方案方面取得进步？我认为存在的陷阱比许多人意识到的要多。

陷阱1。绿色解决方案趋向于将我们从当今存在问题的一组资源（化石燃料）推向可能长期存在问题的其他资源。

游戏的名称是“将罐子往下方踢一点”。在有限的世界中，除了化石燃料，我们还达到了许多极限：

1.土壤质量-表土，贫矿物质，添加盐分的侵蚀

2.淡水–仅在数千年的时间里才补充的含水层

3.砍伐森林-砍伐树木的速度快于其重新生长的速度

4.矿石质量-高质量矿石的消耗，使我们的矿石质量低下

5.灭绝其他物种-随着我们建造更多建筑物并扰乱更多土地，我们会移除其他物种使用的栖息地或对其造成污染

6.污染-许多类型：二氧化碳，重金属，噪音，烟雾，细颗粒，辐射等

7.随着人口的持续增长，人均耕地

几乎每个“解决方案”中的危险在于，我们只是将问题从一个领域转移到另一个领域。种植乙醇玉米可能是土壤质量（表土侵蚀），淡水（使用科罗拉多州内布拉斯加州含水层的水）的问题。如果农民转为免耕种植以防止侵蚀问题，那么通常会使用大量的“围捕”，导致其他物种丧生。

由于将更多的树木制成木片，因此鼓励使用林产品是可再生的，这可能会导致森林覆盖率下降。甚至可能会造成森林覆盖率下降的round回原因：如果高成本的可再生能源间接使公民变得更贫穷，公民可以通过非法砍伐树木来节省燃料费用。

高科技产品倾向于使用大量的稀有矿物质，如果将它们释放到我们工作或生活的环境中，其中许多会受到严重污染。这对于提取和长期处置都是一个问题。

相关：可再生能源与天然气–成本如何累积

陷阱2。由于数量限制和回收率低，使用稀有矿物质的绿色解决方案可能无法很好地扩展。

计算机是许多高科技产品的核心，它几乎使用整个元素周期表。

图1。埃里西亚·瓦莱罗（Alicia Valero）在UNED能源会议上的演讲的幻灯片显示，几乎整个元素周期表都用于计算机。

当少量使用矿物质时，尤其是当它们与许多其他矿物质结合使用时，它们几乎变得无法回收。经验表明，只有不到1％的特种金属被回收。

图2。埃里西亚·瓦莱罗（Alicia Valero）在UNED能源会议上的演讲幻灯片显示了元素的回收率。

包括太阳能电池板，风力涡轮机和电池在内的绿色技术已将资源的使用推向了过去很少开采的矿物。如果我们试图增加使用量，那么现有的地雷可能会迅速耗尽。我们最终将需要在资源质量较低且对污染的关注较高的地区增加新的矿山。此类矿山的成本将高得多，从长远来看，使使用此类矿物质的设备负担得起，而不是负担得起。

当然，这些资源的可扩展性的第二个问题与石油供应的限制有关。随着稀有矿物矿石的枯竭，将需要更多而不是更少的石油进行开采。如果石油短缺，那么获得这种石油也可能是一个问题，也抑制了稀有矿物开采的可扩展性。与石油供应有关的问题可能不是高价格。它的价格可能很低，出于某些原因，我将在本文后面解释。

陷阱3。昂贵的能源与“不断奉献的礼物”相反。取而代之的是，它们通常代表着“持续接受的补贴”。

廉价开采的石油（比如说每桶20美元）是真正的“不断奉献的礼物”。它使工人的工作效率更高，从而有助于提高效率。它使使用石油的国家更有能力便宜地生产商品和服务，从而帮助他们与其他国家更好地竞争。只要油价保持在每桶40美元或50美元以下，工资就趋于上涨（图3）。

图3。与布伦特油价相比，2012年的平均工资（也等于2012年）。平均工资是根据城市CPI调整后的BEA数据得出的总工资除以总人口。因此，它们反映了就业人口比例和工资水平的变化。

也有更多的工人加入了劳动力队伍。之所以能够做到这一点，部分原因是化石燃料使避孕药具普及，从而缩小了家庭规模。化石燃料还使洗碗机，洗衣机和干衣机等工具可用，从而减少了做家务的时间。一旦石油价格高涨（即每桶超过40美元或50美元），其对工资增长的有利影响就消失了。

当我们尝试添加新的成本更高的能源时，无论它们是高成本的石油还是高成本的可再生能源，它们都会对经济造成拖累，原因有以下三个：

1.消费者倾向于减少可自由支配的支出，因为能源产品（包括用石油和其他能源产品制成的食品）是必需的。这些削减的经济反馈会导致裁量部门裁员。如果他们足够严重，他们也可能导致债务违约，因为下岗工人难以支付账单。

2.具有高价能源的经济体在世界经济中的竞争力下降，与使用廉价燃料的国家竞争。这往往导致能源混合占重于高价燃料的国家的就业减少。

3.随着（1）和（2）的发生，经济增长放缓。工作机会减少，债务也难以偿还。

从某种意义上说，能源产品的生产成本是收益递减的量度，也就是说，成本是直接或间接或间接地生产该设备或能源产品的资源量的量度，较高的成本反映出制造能源产品需要付出的努力。如果将更多的资源用于生产高成本的能源产品，则可用于经济其余部分的资源将减少。即使一个国家试图将这种情况隐藏在补贴背后，问题也会再次困扰该国。这个问题是补贴趋于“继续接受”的原因。

美元的补贴额也令人担忧。当前，对可再生能源的补贴（在乘数效应之前）平均为每桶石油当量至少48美元。1乘以乘数效应，补贴的美元金额可能超过当前的石油成本（约80美元），甚至可能更高。比2008年的峰值油价（约147美元）要高。每公吨油当量的补贴（在乘数效应之前）为351美元。这远远超过任何碳税的收费。

陷阱4。绿色技术（包括可再生能源）只能作为化石燃料系统的附件。

只能将绿色技术添加到化石燃料系统中的主要原因与陷阱1至3有关。由于需要高额的补贴，耗竭问题，污染问题以及我们不常考虑的其他限制，诸如风力涡轮机，太阳能光伏发电和电动汽车等新设备的可扩展性非常高。

一个相关的原因是，即使能源产品是“可再生的”，也需要长期维护。例如，风力涡轮机需要来自世界各地的替换零件。没有化​​石燃料，这些是无法获得的。任何运输风能或太阳能的电力传输系统都需要经常维修，还需要化石燃料，通常是石油（用于建筑道路以及操作维修卡车和直升机）。

鉴于可伸缩性问题，不可能将所有当前使用的化石燃料全部转化为可再生能源。根据英国石油公司的数据，2013年可再生能源（包括生物燃料和水力发电）仅占能源总使用量的9.4％。风能占世界能源消耗的1.1％；太阳能占世界能源使用量的0.2％。

陷阱5。由于负担能力问题，我们不能指望油价会继续上涨。

经济学家告诉我们，如果石油供应不足，应该没有什么问题：更高的价格将减少需求，鼓励更多的石油生产，并鼓励生产替代品。不幸的是，减少需求还有一种round回的方式：高油价往往会影响工资，因为高价油往往会导致就业减少（图3）。由于工资涨幅不大，债务的增长率也趋于放缓。结果是，使用石油的产品（例如汽车）的价格较低，导致对石油的需求减少。这似乎是我们现在遇到的问题，许多年轻人无法找到高薪工作。

如果石油价格下降而不是上升，这将对可再生能源和其他绿色替代品造成问题，因为所需的补贴可能会上升而不是消失。

油价下跌的另一个问题是，油价对于生产商而言很快变得太低了。生产商减少了新的开发，导致一两年内石油供应减少。可再生能源和电网需要保养油，因此也可能会受到影响。相关文章包括低油价：债务泡沫破裂的迹象，导致石油供应中断？和石油价格下滑–没有出路。

陷阱6。通常很难获得使用间歇性可再生能源的电力系统的财务状况。

在某些特殊情况下，间歇性可再生能源（例如来自风能，太阳能光伏发电和波浪能的电力）通常可以令人满意地工作：

• 当附近有大量水力发电以抵消间歇性可再生能源供应的变化时；

• 当添加的量足够少时，对网格的影响很小；

• 来自其他可用来源（如燃烧的石油）的电费很高时。这通常发生在热带岛屿上。在这种情况下，经济已经适应了高价电。

间歇性可再生能源也可以很好地支持间歇性任务。例如，太阳能板可以很好地用于抽水和海水淡化，特别是如果替代方案是使用柴油作为燃料。

间歇性可再生能源往往效果不佳的地方是何时

1.消费者和企业希望从间歇性可再生能源中使用电力而获得好评，但是

2.间歇性可再生能源为电网增加的电力几乎不会为电力提供商节省成本。

例如，拥有太阳能电池板的人经常期望“净计量”，即与售给电网的电的零售价相等的信用。电网的收益通常比净计量的收益少得多，因为公用事业仍然需要维护传输线并执行其过去执行的许多功能，例如发出账单。从理论上讲，该实用程序仍应为所有这些功能付费，但事实并非如此。相对于电力公司的节余，净计量给拥有太阳能电池板的公司以太多的信誉。这种方法冒着使化石燃料，核能和电网部分所需收入不足的风险。

如果电网以当天当天有效的批发价优先从商业提供商那里购买风能或太阳能，则会发生类似的问题。这种做法往往会导致基于化石燃料的电力供应商的盈利能力下降。对于电价非常高的天然气“高峰工厂”，通常每年仅运行几个小时的情况尤其如此。

德国一直在增加风能和太阳能，以抵消核电生产的减少。德国现在在可再生能源定价方法上遇到困难。该公司的一些天然气电力供应商扬言要关闭，因为他们在当前的定价计划中未获得足够的利润。德国还发现自己在使用更便宜（但会造成污染）的褐煤，以将总电费控制在客户可以承受的范围内。

陷阱7。向电网中添加间歇性可再生能源使电网的运行更加复杂且更难以管理。我们冒着更多停电和最终电网故障的风险。

从理论上讲，我们可以同时通过多种方式改变电网。我们可以添加断断续续的可再生能源，“智能电网”和“智能设备”，它们可以根据电网的需求来打开和关闭。我们还可以添加电动汽车的充电功能。所有这些更改都增加了系统的复杂性。它们还增加了系统对黑客的脆弱性。

通常的假设是我们可以应对挑战-我们可以应对这种日益增加的复杂性。英国工程技术学会最近发表的有关电力基础设施弹性的报告质疑这种情况。它说这样的变化。.。极大地增加了复杂性，并且需要当前行业结构和市场体制无法提供的工程协调和集成水平。也许可以更改系统，使更多的注意力集中在弹性上，但是需要更改激励措施，以将弹性（而不是利润）放在首位。怀疑这种情况是否会发生。

电网被称为世界上最大，最复杂的机器。我们“自负”的风险自负。纳菲兹·艾哈迈德（Nafeez Ahmed）最近发表了一篇名为《即将到来的停电流行病》的文章，讨论了网格现在面临的挑战。我过去曾写过有关电网问题的文章：美国电网：会是我们的撤消吗？

陷阱8。一个人在研究声称间歇性可再生能源表现出良好性能的研究时需要非常小心。

分析师经常高估风能和太阳能的好处。就在本周刚刚发布的一份新报告中说，自2014年2月开业以来，迄今为止，世界上最大的太阳能发电厂仅生产最初预期的一半电力。

我认为，“标准”能源投资的能源回收率（EROEI）和生命周期分析（LCA）计算往往夸大了间歇性可再生能源的好处，因为它们不包括“时间变量”，并且因为它们没有考虑间断的影响。确实包含这些变量的更专业的研究显示出非常令人担忧的结果。例如，格雷厄姆·帕尔默（Graham Palmer）研究了太阳能光伏的动态EROEI，使用电池（每隔八年更换一次）来减轻间歇性。2他不包括逆变器，这是需要的，而且会进一步降低回报。

图4。格雷厄姆·帕默斯（Graham Palmers）的动态能源图表，其图表来自“澳大利亚能源”的能源投资回报。（电源字是我的解释。）

Palmers的工作表明，由于最初需要大量能源投资，因此该系统在很长一段时间内都处于能源短缺状态。投入系统的能量要在系统建立25年后才能归还。太阳能电池板使用了30年后，系统的回报是初始直接能源投资的1.3倍。

还有一个问题是，EROEI计算中使用的能量仅包括直接能量输入的列表。所需的总能量要高得多；它包括未直接测量的间接输入以及提供必要基础设施（如道路和学校）所需的能源。考虑这些因素后，最低EROEI必须约为10。因此，建模的太阳能电池板和电池系统实际上是一个净能源汇，而不是一个净能源生产者。

Weissbach等人的另一项研究。研究调整间歇性的影响。（与Palmers不同，本研究并未尝试调整时间差异。）它得出结论：“结果表明，核能，水力，煤炭和天然气发电系统。.。比光伏和风力发电的效率高一个数量级。”

结论

在有限的世界中有一个超越极限的方法将是很好的。不幸的是，从长远来看这是不可能的。充其量，绿色解决方案可以帮助我们更长久地避免限制。

我们面临的问题是，有关绿色能源的陈述往往过于乐观。成本比较通常是完全错误的，例如，假设太阳能电池板的近电网平价是“苹果到桔子”的比较。在不中断的情况下，电力公司不可能在可用的间歇期内向用户提供全部零售电费。同样，如果根据一天中的批发电力成本进行支付，则很容易为风能多付钱。我们将继续无限期地需要电网使用化石燃料平衡系统，因此我们需要继续在财政上支持该系统。

显然，有些绿色解决方案将起作用，至少直到生产这些解决方案所需的资源用尽或达到其他限制为止。例如，地热可能是某些位置的解决方案。包括“水流”在内的水力发电在某些地方可能是解决方案。在所有情况下，都需要事先仔细权衡取舍。新设备，例如重力灯和太阳能热水器，可能会有所帮助，特别是如果它们不使用短缺的资源，并且从长远来看不会造成污染问题的话。

相关：是否会完全从德国的能源结构中削减煤炭？

对风能和太阳能光伏的期望需要降低。如果将太阳能光伏发电和海上风能的添加量增加到极少量，则由于存储和平衡需求，它们都可能是净能源汇。陆上风并没有那么糟糕，但需要在每个特定位置进行仔细评估。大量补贴的需求应该是一个危险信号，即短期和长期成本都可能很高。另一个考虑因素是，如果石油供应中断，风的寿命很短，因为它经常需要来自世界各地的更换零件。

一些担心电网长期生存能力的公民无疑会希望购买自己的带有逆变器和备用电池的太阳能系统。我认为没有理由阻止想要这样做的人-系统可能证明对这些公民有帮助。但是，除了在这是最经济有效的电力生产方式的地区（例如热带岛屿），我认为没有理由对这些购买进行补贴。

笔记：

[1]根据国际能源署（IEA）的数据，2013年可再生能源补贴总额为1,210亿美元。如果将此与英国石油公司报告的可再生能源（生物燃料+其他可再生能源）数量进行比较，我们发现每桶石油当量的补贴为每桶石油当量48美元。这些数量可能被低估了，因为BP生物燃料包括不需要补贴的燃料，例如用电燃烧的废木屑。

[2] Palmers的著作发表在《澳大利亚能源》上：施普林格（Springer）在2014年出版的《石油峰值，太阳能和亚洲经济增长》。本书是Charles Halls教授“能源简述”系列的一部分。

盖尔·特维尔伯格

资料来源– www.ourfiniteworld.com