新能源真的可以有效帮助摆脱化石燃料依赖吗?

2017年3月9日     来源:中研网      编辑:LiuYang      繁体
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我们甚至应该重新商议可再生能源是否真的会对世界有系统性的帮助。在现实世界之中,包括间接的成本,风能和太阳能开发的成本过于昂贵,这些都是需要权衡的因素。

  

新能源真的可以有效帮助摆脱化石燃料依赖吗?

      除了化石燃料,目前人们发现的一系列能源类型,例如水电,地质生物质(地热,木材,木材废渣和其他各种类型;也包括植物液体燃料),风能和太阳能也供人们选择。而目前的问题是:

  风能和太阳能在帮助世界摆脱化石燃料依赖方面取得了极其缓慢的进展。

  基于“世界能源统计年鉴”的数据,2015年,化石燃料占世界能源消费的86%,而核能仅仅增加了4%。风和太阳能一起占世界能源消耗的不到2%。

图一:世界能源消耗(1985--2015)

新能源真的可以有效帮助摆脱化石燃料依赖吗?

  我们在远离化石燃料方面的进展也不是很快。回到1985年,化石燃料占总量的89%,风能和太阳能在世界能源消耗之中都是微不足道的。如上所述,化石燃料目前占总能量消耗的86%。因此,在30年中,我们已经设法将化石燃料消耗降低了3%。其中主要的贡献来自于风能和太阳能的增长。如果以每30年减少3%(或每10年减少1%)的速度,需要860年,也就是说直到2877年人类才能完全消除化石燃料的使用。到目前为止,人们采取的主要“改进”措施是对风能和太阳能的巨额补贴。

 

新能源真的可以有效帮助摆脱化石燃料依赖吗?

  图二 世界能源发电,基于“世界能源统计年鉴”数据

  风力达到2015年发电量的3.5%,太阳能占到1.1%,总计为4.6%。化石燃料占总量的66%,因此这部分似乎是可以改变的地方。但是,将所有化石燃料或所有化石燃料加上核燃料替换为新能源似乎是不可能的。

  电网电力可能是我们拥有的最不可持续的能源形式。

  如果我们要过渡到以可再生能源为基础的经济,需要转向电力为基础的经济,因为今天的大多数可再生能源都使用电力。这种经济将需要依赖于电网。

  美国电网通常被称为“世界上最大的机器”。美国土木工程师协会给美国能源系统一个D +级的评分。

  美国依赖于老化的电网和管道分配系统,其中一些起源于1880年代。自2005年以来,电力传输投资有所增加,但持续不断的批准许可问题,天气事件和有限的维护导致了越来越多的故障和电力中断。

  简单地维持电网是困难的。比如在变压器灾难性地失效和中断服务之前,需要替换变压器。维护和修复输电线路的技术要求化石燃料持续保持可用的状态。首先,有时需要直升机来安装或修理输电线路。即使通过卡车修理,也需要油品来操作卡车,并保持道路良好的修理。

  在世界上寒冷地区,未来能源使用的很大一部分是在冬天为家庭和企业供暖。美国天然气用于家庭供暖,但这不是全部。天然气也用于电力和工业用途。

  有几个国家的能源结构中使用了非常大的份额的电力。这些国家似乎是其他国家难以效仿的特殊情况。

  来自“世界能源统计年鉴”的数据表明,以下国家在其能源结构中的电力比例最高。

  瑞典 - 72.7%

  挪威 - 69.5%

  芬兰 - 59.9%

  瑞士 - 57.5%

  这些都是人口数量小和水力发电量大的国家。水力发电的生产成本非常低廉,特别是如果水坝是几年前建成的。瑞典,芬兰和瑞士也有核电供应约三分之一的电力。这种核电也是建立在很久以前。各国的地理位置也可以减少汽车的使用,从而减少汽油在其能源结构中的份额。其他国家很难创造等价的大量电力供应。

  一般来说,富国比贫穷国家拥有更高的电力份额:

  经合组织合计 - (富裕工业化国家) - 2015 - 44.5%

  非经合组织(欠开发地区) - 2015年 - 39.3%

  中国是一个很有趣的例子。中国从电力中获得的能源使用份额从1985年到2015年变化如下:

  中国 - 1985 - 17.5%

  中国 - 2015 - 43.6%

  1985年,中国似乎直接使用了大部分的煤,而不是把它用作电。这可能不难做到,因为煤炭易于运输,它可以用于许多加热需要,只需要粗放地加热。后来,中国的工业化需要更多地使用电力。这解释了为什么中国2015年电力比率上升到43.6%,几乎与44.5%的富裕国家比率一样高。如果电比率进一步上升,则很可能是因为电力具有较少的成本优势。

  水力发电对于平衡风能和太阳能的作用是巨大的,但它的数量有限。同时水力发电也有间歇性问题,限制了水力发电的大规模应用。

  如果我们看美国的水电月发电量,我们发现它也有间歇性问题。它的高月份是5月或6月,当雪融化,此时水力发电的数量达到高峰。

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  图三 美国能源信息管理局的数据显示 美国每月的水力发电量

  它也有另一个问题,相对于我们的能量需求不是非常大。图四显示了美国水电,或水电+太阳能+风(H+ S + W)的组合与当前天然气消耗的对比

新能源真的可以有效帮助摆脱化石燃料依赖吗?

 

  如果要减少化石燃料发电,我们就必须非常依赖水力发电。水电每年都有相当大的差异,使其难以依赖。

  当一个人观察每年的水力发电走势对比数据时,显然每个国家水力发电的变动十分大的。

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  图五 基于“世界能源统计年鉴”的6个欧洲大国的水力发电产生的电力

  事实上,在一些庞大的经济体中,例如图六中的六个国家,水电在每年的变化周期也是不稳定的

新能源真的可以有效帮助摆脱化石燃料依赖吗?

  我们甚至应该重新商议可再生能源是否真的会对世界有系统性的帮助。在现实世界之中,包括间接的成本,风能和太阳能开发的成本过于昂贵,这些都是需要权衡的因素。

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