八个能量神话解释

共和党人，民主党人和环保主义者都有最喜欢的能源神话。甚至匹克石油公司的信徒都喜欢能源神话。以下是一些从能源角度出发的常见误解。我将从一个最近的神话开始，然后讨论一些长期存在的神话。

误区1。石油生产商正在谈论要出口原油这一事实意味着，美国拥有的原油足以满足其自身需求。

真实的故事是，生产商希望以尽可能高的价格出售其原油。如果他们可以选择在该国的炼油厂A，B和C出售原油，则他们可以从中获得的最大石油价格受这些炼油厂所付价格的限制，而不是运输原油的成本。向这些炼油厂供油。

如果突然有可能将原油出售给其他地方的炼油厂，那么就有可能在另一个国家获得更高的价格。精炼厂针对特定类型的原油进行了优化。例如，如果欧洲的炼油厂缺乏轻质低硫原油，因为大部分利比亚石油仍不可用，那么欧洲炼油厂可能愿意为巴肯的原油支付更高的价格（后者也生产轻质低硫原油） ），而不是这个国家的精炼厂。即使有运输成本，石油生产商在美国以外出售的石油也可能比在美国境内出售的石油获得更大的利润。

2013年，美国每天消耗1890万桶石油产品。为了满足其石油需求，2013年美国每天进口620万桶石油（将出口的石油产品与进口的原油相抵）。因此，美国一直是并且很可能会继续是主要的原油进口国。

如果生产和消费保持在恒定水平，增加原油出口将需要增加原油进口。这些原油进口可能与出口的石油不同，可能是酸性重质原油，而不是轻质轻质原油。也许专门从事轻质低硫原油的美国炼油厂将被迫提高采购价格，以与该类型产品的世界原油价格相匹配。

从石油生产商的角度来看，原油出口之所以有意义，是因为他们愿意通过将原油出口到将支付更高价格的海外炼油厂来赚钱。最终如何解决尚不清楚。如果美国轻质低硫原油提炼商被迫提高他们为石油支付的价格，而美国石油产品的销售价格没有上涨来弥补，那么更多的美国轻质低硫原油提炼商将停业，从而解决了这些炼油厂的世界供过于求。也许美国制成品的价格将上涨，这反映出相对于世界价格，美国在某种程度上过去已经获得了讨价还价（与欧洲布伦特原油和美国WTI油价之间的差距有关）的事实。在这种情况下，美国消费者最终将支付更多。

非常清楚的一件事是，将原油运往国外的愿望并没有反映出美国生产的总原油过多。最多，这意味着全世界有大量的炼油厂适应轻质低硫原油。之所以会发生这种情况，是因为多年来，世界上的石油结构一直在转变为更重，更酸的石油类型。也许，如果页岩地层中有更多的石油，混合油将再次变回原来的状态。但是，这是一个很大的“如果”。媒体也往往会夸大这种提取的可能性。

神话2。经济实际上并不需要太多的能源。

我们人类需要正确类型的食物，以便为我们提供开展活动所需的能量。经济非常相似：它需要正确类型的能量来开展活动。

经济的一项基本活动是种植和加工食品。在世界温暖地区的发展中国家，粮食生产，储存，运输和准备工作占经济活动的绝大部分（Pimental和Pimental，2007年）。在传统社会中，大部分能量来自人类和动物的劳动以及燃烧的生物质。

如果发展中国家在粮食生产和准备过程中用现代燃料代替传统能源，那么整个经济的性质就会改变。我们可以看到，在1800年代初，随着生物量使用以外的能源使用量的增加，这种情况开始在全球范围内发生。

图1。根据能源转型的瓦茨拉夫·斯米尔（Vaclav Smil）估算，按来源分列的世界能源消耗量：历史，要求和前景，以及1965年及以后的BP统计数据

工业革命始于1700年代后期的英国。煤炭的使用使它成为可能，从而使金属，玻璃和水泥的生产量比过去大得多。没有煤炭，森林砍伐已成为一个问题，尤其是在伦敦等寒冷的城市地区附近。有了煤炭，就可以使用需要加热的工业过程而不会造成森林砍伐的问题。

使用高热量的过程也变得便宜，因为不再需要砍伐树木，从木材中制造木炭并远距离运输木炭（因为附近的木材已经被消耗掉）。

煤炭的可利用性使新技术的使用得以增加。例如，根据Wikipedia所述，第一台蒸汽机在1608年获得了专利，而第一台商用蒸汽机在1712年获得了专利。1781年，詹姆斯·瓦特（James Watt）发明了蒸汽机的改进版。但是，实际上要使用在金属轨道上运行的金属火车来广泛实施蒸汽机，就需要煤炭来制造数量相对便宜的金属。

混凝土和金属可以用来制造现代水力发电厂，从而可以大量发电。可以大量生产灯泡（使用玻璃和金属）等设备以及用于传输电力的电线，从而可以延长工作时间。

煤炭的使用也导致了农业的变化，减少了对农民和牧场主的需求。制造了诸如铁犁，收割机和干草耙等新设备，可以用马拉动它们，将工作从人类转移到动物身上。铁丝网围栏允许美国西部成为农田，而不是一个较大的未围栏范围。随着农业中所需人员的减少，更多的人可以在工厂的城市工作。

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由于能源使用的增加，我们的经济现在与1820年前的时代截然不同。我们有大城市，食物和原材料从远处运送到人口中心。水和下水道处理大大降低了生活在如此近距离处的人们的疾病传播风险。用石油或电力驱动的车辆消除了由动物驱动的运输的麻烦。可以铺设更多的道路。

如果我们试图离开当今的高能系统，回到使用生物燃料的系统（或仅使用生物燃料，再加上一些可以用生物燃料制造的设备），那就需要进行巨大的改变。

误区3。我们可以轻松地过渡到可再生能源。

在上面的图1中，唯一的可再生能源是水力发电和生物燃料。能源供应迅速增加，而人口也迅速增加。

图2。根据安格斯·麦迪逊（Angus Maddison）的估计，世界人口在必要时进行插值。

当我们按人均查看能源使用量时，结果如下图3所示。

图3。人均世界能源消耗，通过将世界能源消耗除以计算得出（基于Vaclav Smil对《能源转型》的估算：根据安格斯·麦迪森（Angus Maddison）数据，根据人口估计数计算的历史，需求和前景以及1965年及以后的BP统计数据。

1820年的能源消耗水平将处于基本水平，仅足以种植和加工食品，为房屋供暖，制造衣物并提供一些非常基础的产业。基于图3，即使这也需要人均20千兆焦耳以上的能量。如果将图3的人均生物燃料和水力发电加在一起，则人均能源消耗仅为11吉焦耳。为了达到1820年的人均能耗水平，我们要么需要添加其他物质（例如煤炭），要么要等待非常长的时间，直到（也许）包括水力发电在内的可再生能源得到充分利用。

如果我们想谈谈不用化石燃料就可以生产的可再生能源，那么数量会更少。如前所述，现代水力发电是通过煤炭来实现的，因此我们需要将其排除在外。我们还需要排除现代生物燃料，例如玉米制乙醇和油菜籽制生物柴油，因为当今的农业和运输设备极大地推动了这些生物燃料的发展，而间接地由于我们大量生产金属的能力而使它们成为可能。

为了方便起见，我将风能和太阳能列入“生物燃料”类别。BP的数据显示，它们的数量是如此之小，以至于无法作为单独的类别显示。2012年，风仅占世界能源供应的1.0％，太阳能仅占0.2％。我们也需要将它们排除在外，因为它们也需要生产和运输化石燃料。

总体而言，没有所有这些现代添加的生物燃料类别可能接近1820年的可用数量。现在的人口大约是七倍，这意味着人均能源只有其七分之一。当然，在1820年，木材的使用量导致了严重的森林砍伐，因此，即使达到这一水平的生物燃料使用也不理想。还有将木材运送到市场的更多细节。早在1820年，我们就拥有马匹来运输，但今天我们没有足够的马匹来运输。

误区4。人口与能源供应无关。

如果我们比较图2和图3，我们看到第二次世界大战后立即发生的人口激增恰逢人均能源使用量迅速增加的时期。1950年代的富裕程度不断提高（由于低油价和使用石油购买商品的能力增强）使得父母有了更多的孩子。更好的卫生条件和创新，例如抗生素（通过化石燃料使之成为可能），也使更多的这些儿童得以成熟。

此外，在这段时期内发生的绿色革命被认为使超过十亿人免于饥饿。它增加了灌溉，合成肥料和农药，杂交种子以及高产谷物的开发。所有这些技术都是通过获得石油来实现的。大量使用农业设备，使种子更紧密地播种，也有助于提高产量。到那时，电力已经到达农业社区，从而可以使用挤奶机等设备。

如果我们从更长远的角度看待这种情况，我们会发现大约在工业革命时期以及煤炭使用量增加的时候世界人口发生了“弯曲”（图4）。用金属制成的增加的农业设备增加了粮食产量，使世界人口增加了。

图4。世界人口基于1978年McEvedy和Jones的《企鹅参考书》和Wikipedia-世界人口中的“世界历史地图集”中的数据。

此外，当我们查看能源消耗大幅下降的国家时，我们往往会看到人口下降。例如，在苏联解体之后，许多能源受到影响的国家的能源消耗量都下降了（图5）。

图6。根据EIA数据，某些国家的人口占1985年人口的百分比。

误区5。用一种能量替代另一种能量很容易。

如果可以完全实现，从一种能源到另一种能源的任何转换都可能是缓慢而昂贵的。

一个主要问题是不同类型的能源具有非常不同的用途。与第二次世界大战期间和之后，当石油产量增加时，它增加了新的能力。仅使用煤炭（以及由煤炭驱动的水力发电），我们就可以使用范围有限的电池驱动汽车。或以乙醇为动力的汽车，但乙醇需要大量土地才能种植必要的农作物。我们本来可以坐火车，但是火车并没有挨家挨户。随着石油的供应，我们能够拥有从门到门的私人运输工具，以及将货物从生产地运送到消费者或任何其他所需地点的卡车。

我们也能够制造飞机。有了飞机，我们就能赢得第二次世界大战。飞机还使大规模的国际业务变得可行，这是因为管理人员可以在相对较短的时间内访问国外的业务，并且可以根据需要将工人从一个国家带到另一个国家进行培训。如果没有航空运输，是否可以维持目前的国际一体化业务数量是令人怀疑的。

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时间的流逝不会改变不同类型燃料之间的固有差异。石油仍然是长途旅行的首选燃料，因为（a）能量密集，因此可以装在相对较小的油箱中；（b）是液体，因此很容易在加油站进行分配，并且（ c）现在我们已经开始使用液体燃料，道路上有大量使用油和加油站为这些车辆提供服务的汽车和卡车。而且，对于航空运输来说，石油比电力要好得多。

改用电力运输可能是一个缓慢而昂贵的过程。重要的一点是，如果我们不希望这种转换对经济产生巨大的不利影响，则需要将电动汽车的成本降低到购买者可以负担的价格。之所以如此，是因为薪水不会上涨以支付高价汽车的费用，而且政府无法为所有人提供大笔补贴。另一个问题是，如果车主要能够继续使用其车辆进行长距离驾驶，则需要增加电动车辆的行驶里程。

无论进行哪种类型的转换，转换都需要在25年或更长时间的时间内缓慢实施，以使购买者不会损失其石油动力汽车的价值交易。如果转换过快，公民将失去其以石油为动力的汽车的价值交易，因此，他们将无力负担新车的价格。

如果要转换为电动运输工具，除汽车以外的许多其他汽车也将需要电动化。这些将包括长途卡车，公共汽车，飞机，建筑设备和农业设备，所有这些都需要电气化。需要降低成本，并需要安装必要的加油设备，这进一步增加了转换过程的缓慢性。

另一个问题是，除了能源消耗以外，石油在许多应用中还被用作原材料。例如，它用于制造除草剂和杀虫剂，柏油路和用于屋顶，药物，化妆品，建筑材料，染料和调味料的柏油瓦。电力不可能适应这些用途。煤炭也许可以适应这些用途，因为它也是一种化石燃料。

误区6。石油将“耗尽”，因为它的供应有限且不可再生。

实际上，这个神话比其他神话更接近真理。但是，这种情况与“用尽”有所不同。实际情况是，石油限制可能会以各种方式破坏经济。这种经济中断很可能是导致石油供应突然下降的原因。一种可能的可能性是，缺乏债务可得性和低工资将使油价不升至石油生产商开采所需的水平。在这种情况下，石油生产商几乎不会投资新产品。有证据表明这种情况已经开始发生。

这个神话还有另一个版本，甚至更不正确。根据这个神话，石油供应（和其他类型的化石燃料供应）的情况如下：

神话7。当石油供应用尽50％时，石油供应（以及其他化石燃料的供应）将开始枯竭。因此，我们可以预期化石燃料的使用将长期缓慢地下降。

这个神话是石油高峰信仰者的最爱。间接地，类似的信念也是气候变化模型的基础。我认为这是基于对金·哈伯特（M. King Hubbert）著作的错误解读。休伯特（Hubbert）是一位地质学家和物理学家，他在1956年出版的各种文件中预言了美国石油产量的下降，以及最终世界产量的下降。哈伯特（Hubbert）观察到，在某些情况下，各种化石燃料的生产倾向于遵循相当对称的曲线。

图7。M. King Hubberts 1956年的图像是世界原油预期产量，假设最终可采石油为12500亿桶。

这种预测是错误的主要原因是因为它基于这样的情况：在石油供应开始下降之前，可以增加某些其他类型的能源供应。

图8。摘自Hubberts 1956年论文《核能与化石燃料》。

随着能源供应的增加，经济可以像过去一样继续发展，而不会出现与石油供应减少有关的重大财务问题。如果不增加其他类型的能源供应，人口就会增加，这与能源供应下降有关。人均能源供应将迅速下降，从而使生产足够的商品和服务变得越来越困难。特别是，维持政府服务可能会成为问题。根据Turchin和Nefedov（2009）的研究，所需的税金可能相对于公民负担得起的税额上升得太高，从而导致重大问题，甚至崩溃。

误区8。可再生能源基本上可以无限供应。

从化石燃料到核能（以铀为基础），地热，水力发电，风能和太阳能等各种能源供应的问题，都在减少收益。在某个时候，生产能源的成本变得不太有效，因此，生产成本开始上升。事实是工资没有上涨来弥补这些较高的成本，而且没有更便宜的替代品，这给经济体系造成了财务问题。

就石油而言，由于首先要提取廉价提取的石油，而仅留下昂贵提取的石油，因此提取成本不断上升。这是我们最近遇到的问题。天然气和煤炭也会出现类似的问题，但是成本的急剧上升可能会在以后出现，因为相对于需求，它们的供应量更大。

铀和其他金属也面临着回报递减的问题，因为首先要提取出最廉价的部分矿物，然后我们最终必须转向低品位矿石。

所谓的可再生能源的部分问题是它们是由矿物制成的，这些矿物与其他矿物一样会遭受相同的消耗问题。如果矿物质非常丰富，例如铁或铝，这可能不是问题。但是，如果矿物供应较少，例如稀土矿物和锂，那么消耗可能会导致提取成本上升，并最终导致使用矿物的设备成本上升。

另一个问题是站点的选择。安装水力发电厂时，往往会首先选择最佳位置。逐渐地，添加了不太理想的位置。风力涡轮机也是如此。海上风力涡轮机往往比陆上风力涡轮机昂贵。如果最近的欧洲建筑有大量靠近居民中心的陆上位置，则似乎有可能取代海上涡轮机。

在木材方面，过度使用和森林砍伐一直是一个长期存在的问题。随着人口的增加，其他能源的匮乏，情况可能会变得更糟。

最后，即使使用更少的石油，可再生能源仍然倾向于依赖石油。石油对于操作采矿设备以及将设备从制造地点运输到使用地点至关重要。直升机（需要机油）用于维护风力涡轮机，特别是在海上，以及维护输电线路。即使可以用卡车进行维修，这些卡车的操作通常仍然需要油。道路维护也需要油。即使将木材运输到市场也需要油。

如果确实存在石油短缺，那么可再生能源的生产将大幅下降，现有的可再生能源的维护将变得更加困难。除电网外使用的太阳能电池板可能会长期使用，但电池，逆变器，远距离输电线路以及我们现在认为理所当然的许多其他事物可能会消失。

因此，可再生能源不是无限供应的。如果石油供应受到严重限制，我们甚至可能会发现许多现有的可再生能源甚至不会持续很长时间。

盖尔·特维尔伯格