替代性能源

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抽象的当前位置面对资源枯竭和气候变化,世界经济需要新能源。全球能源需求的增长主要通过非常规油气资源得到满足,同时努力提高能源效率。在未来,风能和太阳能等可再生能源可能会变得越来越重要。然而,现有的替代能源能否支持富裕国家目前享有的能源消费水平尚不确定。

介绍

自20岁以来th世纪,当石油超过工业世界的主要能源来源时,我们一直生活在石油时代,并从丰富和廉价的化石燃料能源中受益。经过一百年的稳步增长石油消耗,它变得越来越明显,由于资源,未来的供应不再被视为理所当然损耗在2005-2010左右达到峰值(山峰煤炭似乎迫在眉睫)。这种资源困境,通过燃烧化石燃料的碳排放驱动的气候变化,要求油和其他化石燃料被替代能源所取代。

特别是替代能源的兴趣,特别是替代运输燃料,并不是新的。几十年来,已经开发并测试了替代燃料和替代的燃料车辆。然而,推动燃料和动力总成技术的力量显着发展,如图1所示 - 通过分析人员从大众转到21轮的预测英石世纪[909]

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图1。燃料和动力系统发展背后的驱动力

在20世纪90年代,替代燃料的兴趣主要受到减少污染物排放的愿望,主要是在大型城市中心。在21英石本世纪以来,人们的重点已从废气排放转向温室气体排放、能源供应和安全——变革的时间框架要短得多。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)呼吁建立一个全球CO2从2030年,2010年级别降低了45%,达到2050年左右的净零[4218]。“净零”意味着通过去除CO来平衡任何剩余的排放2从空中,例如通过逆转行星的持续砍伐,并使用尚未开发的碳封存技术。能量耗尽的时间框架和潜在影响比气候变化更少的公众关注,并且甚至不太明显。但是,能源涨幅升级投资回报率下降(eroi.)和增加能量成本化石燃料是2008年全球金融危机和随后不温不火的债务驱动复苏背后的一个重要因素。很明显,石油资源在21世纪的国际关系和战争中扮演着关键角色英石世纪。

在过去的几十年里,已经考虑了许多替代能源选择。在21轮左转英石世纪,在若干国家(例如,在欧洲联盟)中,生物燃料 - 包括生物柴油和玉米乙醇,通过高水平的政府政策和法规晋升。只有在考虑到他们的生命周期效应(包括农业排放和原料转化为燃料中)时,生物燃料才会减少GHG排放,并且在某些情况下可以产生高于那些的排放petroleum fuels, have policies to stimulate biofuel demand been abandoned or even reversed (e.g., the EU Renewable Energy Directive biofuel targets).

另一个从未实现的替代燃料政策的例子是氢经济这是美国政府2003年宣布的一项计划,旨在减少美国对进口石油的依赖。氢经济政策最奇特的方面是,氢不是一种能源,而仅仅是一种能源载体。它从来没有令人信服地解释什么将是氢燃料的主要能源。当时,氢经济的主要燃料似乎是天然气。在短短几年内,随着页岩中轻质致密油(LTO)产量的增加,美国放弃了氢燃料政策,相关的燃料电池研发资金大幅缩减。然而,尽管氢经济计划缺乏成功,氢仍然是未来考虑的能源载体选择之一。

目前大多数追求替代能源的政策依赖可再生电力,带风力涡轮机和太阳能光伏(PV)细胞设想为收获风和阳光可再生能源的关键技术。当然,电能不能为我们现有的车队供电,其中大部分都依赖于液态烃燃料和基础设施。因此,内燃机(冰)车辆将被替换为电池电动汽车(bev)和氢气燃料电池电动车(FCEV),用插件混合动力电动车(PHEV)在过渡期间发挥着重要作用。转换到电动车辆(EV)将伴随着一个,但两个平行基础设施项目的发展:EV充电基础设施和氢燃料基础设施。

考虑到现有生产基地的纯粹规模和液体碳氢化合物燃料的基础设施,而超过100年的时间框架开发,在几十年内更换将成为史诗般的比例。也许在几十年的政策支持和投资后,不应该令人惊讶的是,过渡到可再生能源仍然是一个遥远的目标。图2和图3显示了BP的能源消耗统计数据[3905]国际能源机构[4255], 分别。虽然两组数据基于不同的方法,但它们显示了相同的图片:可再生能源继续在整体能量组合中仅在整体能量组合中发挥有限的作用,并且可再生能源和化石能量的消费率都越来越大,换句话说,可再生能够没有取代化石燃料,但补充了他们的增长。例如,在2018年,全球能源需求增长2.3%,化石燃料达到近70%的增长[4254]

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图2。1992-2017年世界一次能源消费

可再生=风+太阳能+地热+波力。将电能(可再生能源,水电和核)转换为油脂等火电站的转换效率38%。

(来源:2018年世界能源的BP统计审查)

当包括木柴燃烧时 - 代表IEA分析中的大部分“实心生物燃料”类别 - 全球能源消耗中可再生能量的份额约为17%。这一比例保持相对稳定的过去三十年,图3.自2000年代初以来,风和太阳能显着增长,但它们在2016年的总初级能源消耗中的份额仍然不到每项百分比。

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图3。世界可再生能源消费,1990 - 2016年

(来源:IEA)

问题出现了“为什么替代油很难”?最重要的石油属性中是它令人难以置信的高能量密度,由任何替代能源(核电除外)无与伦比。一桶(159升)的油含有约1,700千瓦时的能量。作为说明性示例,一种人可以每天执行约0.6千瓦时(超过6小时工作日的100W电力)。假设每年250个工作日和35%的石油能源转换为机械工作的效率,一桶石油的能量相当于4年的人工手工工作 - 以等于几个小时的劳动力(2018年,油价约为每桶65美元,并在1973年第一次石油震动前几十年的一小部分。

衍生自原油 - 柴油和汽油的液体烃燃料 - 具有多种性能,不能通过任何其他目前已知的燃料匹配[947]

图4比较了柴油和汽油与其他燃料的能量密度,以及两种通常被认为是化石燃料替代品的非碳能源载体——氢和电动电池的能量密度。

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图4.。燃料能量密度

除了物理特性之外,还有另一个有争议的问题,经常被各种反对风能和太阳能的团体引用。可再生能源虽然令人满意,但并不能立即解决问题,因为我们必须使用遗留的化石燃料能源来建造风力涡轮机、太阳能电池板和相应的基础设施。有人认为,可再生能源只不过是一种导数化石燃料经济。化石能源消费的持续增长,以及可再生能源,可能只是反映了可再生能源行业本身是一个油老虎这就需要大量的石油、其他化石能源和使用化石能源提取和提炼的自然资源来实现增长。

目前的技术状态似乎支持这个参数 - 而风和BOB体育APP太阳能可以是可再生的,收获的设备依赖于制造,部署和维护的每一步中的化石燃料。制造3兆瓦风力涡轮机需要335吨钢,4.7吨铜,1,200吨混凝土,3吨铝,2吨稀土元素以及锌,欧洲委员会副总裁MarošŠefčovič能源联盟[4259]。例如,在我们开发技术以单独使用可再生能力制造可再生BOB体育APP能源发电厂的技术,没有化石能量输入,而无需不可再生的自然资源,可以尽可能地描述风和太阳能电力。

展望未来,我们正在切换到能源效率的能源效率,如其低的EROI值所表达的[4410]。从图5中可以明显看出,这适用于化石能源和可再生能源,但水电除外,后者具有良好的EROI,但增长潜力有限。然而,唯一的例外是风力发电,它的EROI值(或太阳能pv)没有考虑到备用电源或能量存储来缓解其间歇性特性。必须强调的是,这是人类历史上第一次,工业经济正在转向能源较低的节能。生产可用能源来为工业文明提供动力将需要越来越多的努力,而不是更少的努力[4319]

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图5.。美国能源资源的大约EROI

从各种来源的数据汇编[4410]。范围替换为平均值。

尽管有低的EROI和其他问题,但转型至可再生能源仍然是未来唯一可用的选择,并且必须先进。与风和太阳能的投资相比撒种的策略- 长期以来的农业实践,以节省当前年份的一小部分作为下一个种子[4320]。同样,社会应该提前投资化石能源,为未来建设可再生能源基础设施。然而,无论这种能源转型多么迅速、顺利和成功,风能、太阳能和其他类型的可再生能源都不太可能维持经济增长,并继续支持富裕国家的消费主义生活方式。全球经济和世界人口的增长依赖于不断增长的能源供应(图2)。目前,我们知道没有任何能源可以替代化石燃料——经济增长的命脉——同时支持现有的经济活动水平或社会现状。

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