图片来源:M.W. Ridley (1871)
能源书呆子的更多思考
我最近读到《纽约时报》关于煤炭问题的文章。文章指出，在未来，我们将无法以目前的速度燃烧煤炭，因此显然需要向替代能源过渡。根据次文章指出，最有可能替代煤炭的能源是太阳能。
因为大多数工业经济体目前严重依赖煤炭次指出这种转变的经济影响将是危险的。从好的方面来看，这篇文章引用了太阳能技术最近的“革命性”技术进步，这将有助于我们向太阳能未来的过渡，并指出工程师们已经开发出了每平方英尺可以产生超过7瓦功率的太阳能发电厂。“这种新的力量就像太阳本身一样取之不尽，用之不竭。次涌。
哦，我忘了看报纸的日期了
有意思的是:这篇文章发表于1868年9月10日。没错，145年前。我偶然发现了这篇文章，当时我在搜索框中输入“太阳能”一词《纽约时报》然后(心血来潮)点了“从最老的到最新的”。
文章(《煤炭问题与太阳能发动机》)非常有趣，我已经在本页转载了其中的一大块内容(见下面的侧栏)。
《煤炭问题与太阳能发动机》
[编者注:以下文章刊登于1868年9月10日的《纽约时报》。[英语泛读材料我们的读者还记得，大约两年前，在英国兴起了一场关于英国和欧洲煤层可能枯竭的热烈讨论。不仅科学报刊，而且文学和社会报刊——《星期六评论》、《观察家报》、《泰晤士报》和各大杂志——都在报道。先生Wm。阿姆斯特朗和其他……
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25日评论
太阳底下无新鲜事
这令人不安有几个原因。首先，这个问题在南北战争后不久就被讨论过了，我们至今还没有处理。第二，也许我们应该考虑到，即使我们尽了最大的努力，前面可能还有很长的路要走。在我们的有生之年，乌托邦可能还没有准备好。
回应比尔·史密斯
比尔,
我们可以选择成为乐观主义者，也可以选择成为悲观主义者。即使你不能保持乐观——只有现实主义——也总有工作要做，比尔。我们都必须尽我们所能，让我们的经济和文化朝着正确的方向发展。
以现实为目标
马丁,
我并不想听起来悲观，尽管它确实给人一种悲观的感觉。谢谢你提醒我在发帖前检查语气。
事实上，我是相当乐观的，但这些年来，我已经调整了我的想法，考虑到改变有时需要几代人。我是想说明这一点，但做得很笨拙。
回应比尔·史密斯
比尔,
不，你的评论一点也不笨拙。你说得很对，我们的社会变化的速度很慢，而气候变化现在正在强加一个时间表，我们的社会可能不够灵活，无法跟上。
所以我的乐观并非基于数据。它还有其他起源。
我尊重悲观主义者。
现实的检验
David MacKay提供了一个相当可靠的分析，关于到底有多“多”
我们需要太阳能来弥补他的差额在线图书
“用热空气”。马丁之前提到过那个网站，我想。
我穿过了一大片毫无用处的土地
美国西南部，基本上是死气沉沉的——不适合
对于农畜来说，大多缺乏有趣的生活，而关于
每天都被太阳晒得干干净净只有一小段时间例外
在季风季节爆发。我们为什么不把它铺上
PV和利用一些剩余的土地进行研究
更好的公用级存储设施??让它们变得巨大
脸盆表面多一点光泽就不会减损了
从他们的整体体格来看，没有一点
周围的山。
存储问题是需要解决的重要问题
目前存在的资源要么是低效的，要么是资源
饥饿，昂贵，难以规模化等等。
_H *
对霍比特人的回应
霍比特人,
在早先的博客中(《理解能源单位》)我回答了你关于“我们究竟需要多少太阳能”的问题。在那篇博客里，我写道:
“美国人平均使用大约12000瓦，是世界平均水平的6倍。另一方面，在孟加拉国和撒哈拉以南非洲地区，这一数字远低于每人500瓦。
“很难理解一个典型的美国家庭所使用的能源数量，但这里有一个脑力练习:需要多大的光伏阵列才能提供一个普通美国人所使用的所有能源?”
“我们假设这个美国人住在芝加哥。一个使用12000瓦的人需要288千瓦时/天或105,120千瓦时/年。在芝加哥，90千瓦的光伏阵列就能产生这么多的能量。安装这样一个光伏系统的成本约为40.5万美元。一个三口之家需要120万美元的阵列。
“当然，这种光伏阵列将产生足够的能量来覆盖一个人生活的各个方面，包括一个人的交通和用于美国制造业的个人能源份额。”
一个90千瓦的光伏阵列需要约9000平方英尺——面积为95英尺乘95英尺。
这不是一个1:1来源的燃料替代策略
在蒸汽机中用15%效率的煤或在高效20-25%的自动循环汽车发动机中用石油都不会有与源燃料相同的PV-watt要求。
总的来说，美国电网60%的电量——约60%的计量和付费电量最终被浪费掉了。
火用(本质上是负载效率)也很重要。
效率是第一个/最好的/最便宜的解决方案，使得人均XX平方英尺的PV(及其美元/空间成本)来取代化石燃料的使用计算非常愚蠢。几十年来，任何真正研究能源政策(和碳政策)的人都知道这一点，但在某些圈子之外，这主要是口头上的。时间会证明现任美国能源部长是否也只是说说而已。
http://www.greentechmedia.com/articles/read/DOE-Head-Ernest-Moniz-Delivers-First-Major-Policy-Address
绿色建筑的很大一部分是关于建筑围护结构的效率，在美国，加热/冷却/照明建筑的一次能源约占总能源使用量的40% (http://www.eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=86&t=1)，也是一个值得关注的重要地方。但是，还有很多地方可以挖去另外60%的能源，而且效率提高的很大一部分仍将比支持这一负荷所需的动力装置(任何类型)更便宜。
然而，问题在于如何实现这一目标的细节，而其中一些细节也并非与每个公用事业公司的商业模式都吻合得很好。只要能源便宜，大多数人都不在乎，房主/消费者的效率投资需要(通过购买行为衡量)在现值计算中的折扣率达到两位数百分比，而公用事业/能源公司愿意以低到个位数的折扣率进行长期投资。对于行为经济学家或政策专家来说，弄清楚如何使效率投资更加理性，从而符合每个人的最大利益，根本不是显而易见的事情。屋顶光伏太阳能第三方所有权和电力购买协议的技巧对屋顶的光子农场非常有效，但不会触及屋顶下的东西。
回复Dana Dorsett
丹娜,
我希望你们能相信我，因为我意识到我们的能源未来不需要我们用1kw的光伏发电取代我们的燃煤电厂，也意识到光伏发电不能满足可靠的基载电力供应的所有功能。
想象一个美国家庭的光伏阵列要有多大才能满足我们耗能的生活方式，这种脑力锻炼的意义在于，我们会退一步问:“哇!有什么办法能让我的能源足迹更小吗?”
作为一个远离电网的人，我必须平衡我的能源使用和我的能源生产，我非常清楚“更多的pv vs更高效的电器”的权衡。
回应马丁
我当然知道你(比大多数人)理解它，但希望它是明确的。没有人真正知道，在不断增长的美国经济中，需要多少新一代(任何类型的)人才能维持目前的生活水平，因为这是一个非常有弹性的数字。
核工业未能启动的很大一部分原因是造价昂贵，建造时间长，在电力市场基本负荷需求增长不温不火的情况下，这是一项非常冒险且缺乏灵活性的基本负荷发电投资。即使在德克萨斯州这样的发展中州，基本负荷不断增长，但风力发电量也在不断增长，基本负荷发电机的输出正在被取代。随着电网智能化程度的提高，管理负荷比建造峰值负荷发电机更便宜、更容易。如果莫尼兹能够把(我们的)钱花在提高效率上，那么在需要建造任何新的基本负荷发电之前，可能需要几十年的时间，但这也可能降低风能和太阳能的实施速度。效率仍然是目前最便宜的东西。
在这个时间框架内，“几十年”甚至可能变成“永远”，因为更好、更灵活的电网存储即将上线。液态金属电池看起来很有前景，既便宜又可扩展:http://www.ambri.com/我们将会看到。欧洲可扩展的电网存储市场很大，而且还在不断增长，最近颁布的加州议会法案2514要求到2020年实现1.3GWH的分布式电网存储，这保证了国内电网存储市场的良好发展。2030年电网的运行方式将与1990年大不相同，即使部分交通部门实现电气化，电网电力是否需要大幅增长(如果有的话)来维持美国的经济和生活方式也完全不清楚。这些障碍更多的是政治上的，而不是技术和经济上的——能源领域的商业模式正在进行急需的修订，但不是在所有地方，而且速度也不一样。
回忆
这是我在这个网站上读过的最好的文章。喜欢这趟怀旧之旅。
社会上的年轻成员似乎很快就会给一些东西贴上最高级的标签;"有史以来最好的" "最创新的" "史无前例的"有时被提醒我们作为一个文明的历史(包括好的和坏的)是一件好事。
145年过去了，我们仍在努力摆脱对煤炭的依赖，这让我感到悲哀。我真心希望我们不会再等145年才最终决定是时候了。
回复Dana Dorsett
丹娜,
谢谢你的意见;我同意你的分析。
我认为(快速变化的)分布式可再生能源的引入已经是颠覆性的，并且将越来越具有颠覆性——主要是积极的后果。可再生能源的成本正在迅速下降，我们还不知道这一事实将如何改变我们的能源格局。
回复Mike Collignon
迈克,
谢谢你的反馈。
我和你们一样有兴趣认识到我们祖先的人性和创造力。早在1868年，工程师们就在努力解决我们今天面临的一些问题。这一事实让我们感受到我们与曾曾祖父母之间的人类联系，他们和我们有着同样的希望和梦想。
我们能源消耗的规模
马丁,
你关于抵消个人能源使用的PV需求的例子是确定问题规模的一个很好的例子。我再给你一个。
想想低得可怜的千瓦时。
一个人在持续的基础上可以产生大约100瓦的机械输出。对大多数人来说，这代表着工作真的很难但一个健康的人可能可以维持几个小时的输出。
(作为一个参考点，兰斯·阿姆斯特朗在环法比赛中输出了大约500瓦(!)，但他只在攀登时保持了20分钟的输出水平。这实际上可能超出了未经增强的人类能力的界限——不清楚如果没有化学增强，这是否可能实现。)
因此，一个人努力工作一整天(10小时)将产生1 - 1 -千瓦时的机械能。
美国人平均每天仅用电7千瓦时。如果你加上其他能源，大约是300千瓦时/天/人。
因此，我们每个人都有大约几百个“能量奴隶”在为我们做事。
历史即使不是重复，也是押韵的
非常感谢你指出了过去的另一个愚蠢之处。有没有人注意到，这与如今声名狼藉的石油峰值理论有相似之处?
回复马克·约翰逊
马克,
现在确定石油峰值的时间还为时过早。145年后，分析师们可能会嘲笑那些认为石油峰值可能会在2015年出现的人。与否。
的确，很难预测世界化石燃料资源的规模。然而，越来越多的分析人士现在指出，为了防止气候灾难，我们需要有自我克制，不要把我们能从地下开采的石油和煤炭都烧掉。
如果我们能够制定法规，帮助我们从气候悬崖的边缘拉回来，那么事实可能会证明，地球化石燃料储量的大小无关紧要——因为燃烧这些储量将是自杀。
石油峰值、汽车峰值、石油峰值相关性……
简单的东西已经有了，致密油的能源投资回报率(EROEI)低于20，而且还在下降(简单的东西是100:1,20世纪中期的项目在50:1的范围内)。硅的PV大约是10:1，而且还在上升，随着更好的无kerflless薄硅技术全面进入生产阶段，很快就会出现阶梯功能。
长期以来，美国消费者一直推动着全球石油需求，但现在这种情况正在迅速转变，因为路上的汽车减少了(每辆车行驶的英里数减少了)，而中国和印度这两个蓬勃发展的经济体成为了攫取每一辆更紧的石油的大狗。据最可靠的估计，美国的汽车峰值出现在2006年的某个时间，而美国的石油消费峰值也在类似的时间范围内:
http://www.eia.gov/todayinenergy/images/2013.07.03/history.png
http://gailtheactuary.files.wordpress.com/2013/01/comarison-of-actual-and-expected-us-oil-consumption.png
除非世界石油价格大幅下跌，否则随着交通基础设施的发展(不仅仅是个人汽车)，美国的消费预计将以相当稳定的(而且是历史上最快的)速度下降。
石油是一种大宗商品，虽然价格弹性相当稳定，但在最近几年，平均100美元/桶的价格对消费的影响正在显现，那些可以转移到其他来源的石油已经开始(并将继续)转向更便宜、价格波动较小的选择。我们永远不会耗尽石油，我们只是对将其用作燃料的兴趣消失了。在新石油EROEI上，石油的派对已经结束了——未来几十年，灯光将会暗淡下来，人们会齐声喊道:“这就是他们的全部吗?”能源基础设施完全转变还需要一段时间，但石油在某个价格点上注定会变得无关紧要。即使是持续的价格波动，也足以让谨慎的投资者开始转向其他来源。在过去的十年里，石油的实际价格基本翻了两番，这略微推高了产量(致密油和沥青砂现在是经济的)，但在将不断增长的能源需求转向其他来源方面产生了更显著的影响，而这种转变才刚刚开始。
在目前的采暖油价格下，作为空间供暖燃料的石油在经济上被空气源热泵所取代。在像空间供暖这样的应用领域，继续与世界价格竞争汽车燃料是没有意义的——印度尼西亚拥有柴油拖拉机的农民将比缅因州的房主为那一小桶石油支付更多的钱(并更好地利用)。电动和混合动力汽车已经对许多人和许多情况有经济意义。
美国的石油市场很大，但已不再是最大的市场。面对发展中经济体日益增长的石油需求，美国不太可能像上世纪80年代初那样，以足够快的速度减少消费，从而降低全球石油价格。但同样清楚的是，发展中国家对石油的渴求并不像已经富裕的国家那样没有价格弹性。他们在亚洲的电动汽车销量超过了美洲(这也是韩国制造的雪佛兰Spark EV只在加州和俄勒冈州有售的部分原因——美国国内和邻国中国对这项技术的需求更大)。如果电网来源是效率约30%的化石热能，电动汽车的电网燃料来源到路面的效率并不比兰金循环液体燃料汽车好，但由于风能和太阳能发电的EROEI不断攀升，低效率化石燃料电网发电的EROEI也在下降。随着分布式存储的实施和越来越便宜的光伏发电，一场注定要动摇电力事业的海啸即将到来(第一次膨胀已经很明显)，随着全球交通运输部门的进一步电气化，到2050年石油的前景根本不太明朗。
石油的相关性已经达到了顶峰——我们离这个顶峰太近了，无法判断它会改变多远、多快，但它必须改变。当油价达到200美元/桶时，它就不再是一种令人满意/有用/负担得起的能源了。(有人会说，100美元/桶的油价已经够了——基本上已经够了。)作为个人，我们越早在设备/习惯上做出必要的改变，它对我们所有人的破坏性就越小。
跑题——马丁
马丁,
我该如何向您发送问题/评论? you’另一个相关的绿色建筑主题?
谢谢,米切尔
对Mitchell Daniels的回应
米切尔,
提问的最佳地点是GBA的问答页面:
BETVLCTOR伟德官方网址
发表评论的最佳位置是你想评论的文章所在页面的底部。如果你想对一个新的主题发表评论，建议一个新的讨论，可以张贴在我们的问答页面(上面的链接)，这也是GBA论坛。
我不喜欢通过电子邮件提供建议或个人咨询服务。但是，如果您有关于GBA服务的信息，希望私下交流，请随时给我发电子邮件:
马丁[在]greenbuildingadvisor [dot] com。
谢谢马丁
我刚在问答页面上发帖了。
乐观主义和政治远见或为什么我相信我们可以倾倒煤炭
优秀的文章和评论!
不可否认，这主要是轶事观察(更不用说哲学上的)，但是……
似乎，如果我们作为一种文化，以乐观的态度发展一种政治愿景，我们就可以共同解决几乎任何问题，并在此过程中创造一个繁荣的经济。我认为这适用于我们向可再生能源的能源转型。
二战和太空竞赛就是两个例子(还有吗?)
在第二次世界大战中，美国制造业经济在几个月内从民用转变为军用。此外，以前难以想象的技术也得到了非常迅速和创造性的发展。
在太空竞赛中也发生了类似的事情，这两次都导致了经济的蓬勃发展，提供了高质量的工作，总体上提高了生活质量。
气候危机可能是我们第一次将这种乐观主义和政治愿景真正地在全球范围内结合起来，而且是出于非军事目的。
正如爱因斯坦所说:“我们不能用制造问题时的思维方式来解决问题。”我也不认为我们现在能完全想象出所有的解决方案和技术来解决我们所面临的危机。如果我们以共同的眼光和乐观的态度来承担这项任务，我们就可以相当有信心地共同解决问题。我们也可以相信，通过这项工作，我们将在这个过程中为更多的人提供更好的生活。它甚至可能会很有趣，很吸引人。解决复杂问题是人类最擅长的!
就像在这两个历史时期一样，我们将不得不做出牺牲，改变我们对人类的看法，但最终我们都将把这视为巨大的进步。
我的两分钱…
对Garth Hood的回应
中庭,
我同意你的观点，从煤炭到可再生能源的过渡将面临更多的政治障碍，而不是技术障碍。
我们可以看看那些做得比我们好得多的国家:德国和丹麦。相比之下，美国、加拿大和澳大利亚在解决这一问题上的努力一直惨败。气候行动的窗口正在迅速关闭。从政治上讲，我们现在需要的是奇迹一类的东西。
马丁的回应。
马丁,
不幸的是，我认为你是对的。
即使奇迹即将到来，好吧，“有趣”的时代无论如何都在前面。
卢卡斯·杜兰德的回复
卢卡斯,
气候变化已经在发生。少数商业领袖(尤其是在保险业)对此有所关注，但大多数人并没有。鸵鸟们现在把头埋在沙子里了。
迈克尔·斯佩克特写道一篇有趣的文章在最近一期的《纽约客》大卫·弗里德伯格(David Friedberg)的特写。弗里德伯格在另一段话中提到，美国经济遭受巨大打击只是时间问题，因为佛罗里达州(将会被淹没)和堪萨斯州(未来不太可能成为玉米种植的好地方)等地的房地产估值“降价”。弗里德伯格预测，这些“降价”将使我们最近的房地产危机看起来微不足道。
马丁的回应。
马丁,
是的，现在每年春天我都在自己的院子里看到气候变化，因为木蜱(现在甚至是鹿蜱，它们可能携带莱姆病)从来没有来过这么远的北方，它们在家里呆着——我猜冬天不会一直冷到把它们都杀死了。
我的一个住在更北边的熟人最近告诉我，那里的土著猎人近年来不得不放弃在(不那么好的)永久冻土中储存肉类——他们已经做了很久了。
事情发生得很快，不可阻挡，超出了人类的范围。
的到目前为止，这些后果已经“融入蛋糕”了我认为足以让几代人的生活变得“有趣”。
http://wwwp.dailyclimate.org/tdc-newsroom/2013/10/opinion-lubchenco-lovejoy-climate-departures
http://www.businessspectator.com.au/article/2013/10/11/science-environment/tropics-hit-earliest-climate-change?utm_source=exact&utm_medium=email&utm_content=456213&utm_campaign=cs_daily&modapt=
然而，文化和政治变革的速度非常缓慢……
我内心的“斯波克”认为这是一个真正迷人的实验……
*编辑添加了一些链接。
卢卡斯·杜兰德的回复
卢卡斯,
和你一样，我也一直觉得自己太过分了。自从我1975年搬到这里以来，这片土地上一直没有蜱虫，直到去年夏天，蜱虫第一次出现。
再过几十年，佛蒙特州的气候可能就会与目前北卡罗来纳州的气候相似。这样的变化将需要全新的森林树种来接管，许多佛蒙特州的树种将会消失。
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