新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

2017年3月9日     來源:中研網      編輯:LiuYang      繁體
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我們甚至應該重新商議可再生能源是否真的會對世界有系統性的幫助。在現實世界之中,包括間接的成本,風能和太陽能開發的成本過于昂貴,這些都是需要權衡的因素。

新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

除了化石燃料,目前人們發現的一系列能源類型,例如水電,地質生物質(地熱,木材,木材廢渣和其他各種類型;也包括植物液體燃料),風能和太陽能也供人們選擇。而目前的問題是:

風能和太陽能在幫助世界擺脫化石燃料依賴方面取得了極其緩慢的進展。

基于“世界能源統計年鑒”的數據,2015年,化石燃料占世界能源消費的86%,而核能僅僅增加了4%。風和太陽能一起占世界能源消耗的不到2%。

圖一:世界能源消耗(1985--2015)

新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

我們在遠離化石燃料方面的進展也不是很快。回到1985年,化石燃料占總量的89%,風能和太陽能在世界能源消耗之中都是微不足道的。如上所述,化石燃料目前占總能量消耗的86%。因此,在30年中,我們已經設法將化石燃料消耗降低了3%。其中主要的貢獻來自于風能和太陽能的增長。如果以每30年減少3%(或每10年減少1%)的速度,需要860年,也就是說直到2877年人類才能完全消除化石燃料的使用。到目前為止,人們采取的主要“改進”措施是對風能和太陽能的巨額補貼。

新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

圖二 世界能源發電,基于“世界能源統計年鑒”數據

風力達到2015年發電量的3.5%,太陽能占到1.1%,總計為4.6%。化石燃料占總量的66%,因此這部分似乎是可以改變的地方。但是,將所有化石燃料或所有化石燃料加上核燃料替換為新能源似乎是不可能的。

電網電力可能是我們擁有的最不可持續的能源形式。

如果我們要過渡到以可再生能源為基礎的經濟,需要轉向電力為基礎的經濟,因為今天的大多數可再生能源都使用電力。這種經濟將需要依賴于電網。

美國電網通常被稱為“世界上最大的機器”。美國土木工程師協會給美國能源系統一個D +級的評分。

美國依賴于老化的電網和管道分配系統,其中一些起源于1880年代。自2005年以來,電力傳輸投資有所增加,但持續不斷的批準許可問題,天氣事件和有限的維護導致了越來越多的故障和電力中斷。

簡單地維持電網是困難的。比如在變壓器災難性地失效和中斷服務之前,需要替換變壓器。維護和修復輸電線路的技術要求化石燃料持續保持可用的狀態。首先,有時需要直升機來安裝或修理輸電線路。即使通過卡車修理,也需要油品來操作卡車,并保持道路良好的修理。

在世界上寒冷地區,未來能源使用的很大一部分是在冬天為家庭和企業供暖。美國天然氣用于家庭供暖,但這不是全部。天然氣也用于電力和工業用途。

有幾個國家的能源結構中使用了非常大的份額的電力。這些國家似乎是其他國家難以效仿的特殊情況。

來自“世界能源統計年鑒”的數據表明,以下國家在其能源結構中的電力比例最高。

瑞典 - 72.7%

挪威 - 69.5%

芬蘭 - 59.9%

瑞士 - 57.5%

這些都是人口數量小和水力發電量大的國家。水力發電的生產成本非常低廉,特別是如果水壩是幾年前建成的。瑞典,芬蘭和瑞士也有核電供應約三分之一的電力。這種核電也是建立在很久以前。各國的地理位置也可以減少汽車的使用,從而減少汽油在其能源結構中的份額。其他國家很難創造等價的大量電力供應。

一般來說,富國比貧窮國家擁有更高的電力份額:

經合組織合計 - (富裕工業化國家) - 2015 - 44.5%

非經合組織(欠開發地區) - 2015年 - 39.3%

中國是一個很有趣的例子。中國從電力中獲得的能源使用份額從1985年到2015年變化如下:

中國 - 1985 - 17.5%

中國 - 2015 - 43.6%

1985年,中國似乎直接使用了大部分的煤,而不是把它用作電。這可能不難做到,因為煤炭易于運輸,它可以用于許多加熱需要,只需要粗放地加熱。后來,中國的工業化需要更多地使用電力。這解釋了為什么中國2015年電力比率上升到43.6%,幾乎與44.5%的富裕國家比率一樣高。如果電比率進一步上升,則很可能是因為電力具有較少的成本優勢。

水力發電對于平衡風能和太陽能的作用是巨大的,但它的數量有限。同時水力發電也有間歇性問題,限制了水力發電的大規模應用。

如果我們看美國的水電月發電量,我們發現它也有間歇性問題。它的高月份是5月或6月,當雪融化,此時水力發電的數量達到高峰。

新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

圖三 美國能源信息管理局的數據顯示 美國每月的水力發電量

它也有另一個問題,相對于我們的能量需求不是非常大。圖四顯示了美國水電,或水電+太陽能+風(H+ S + W)的組合與當前天然氣消耗的對比

新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

如果要減少化石燃料發電,我們就必須非常依賴水力發電。水電每年都有相當大的差異,使其難以依賴。

當一個人觀察每年的水力發電走勢對比數據時,顯然每個國家水力發電的變動十分大的。

新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

圖五 基于“世界能源統計年鑒”的6個歐洲大國的水力發電產生的電力

事實上,在一些龐大的經濟體中,例如圖六中的六個國家,水電在每年的變化周期也是不穩定的

新能源真的可以有效幫助擺脫化石燃料依賴嗎?

我們甚至應該重新商議可再生能源是否真的會對世界有系統性的幫助。在現實世界之中,包括間接的成本,風能和太陽能開發的成本過于昂貴,這些都是需要權衡的因素。

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