如何在丰度与实用性上选择能源?
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发布时间：2022-05-09 20:52
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时间：2023-10-19 05:24
供需问题
新古典经济理论中，需求水平与供应和价格水平息息相关，供大于求时，卖方为扩大其市场份额，会尽力降价，结果消费者发现花少量的钱就可以享受到更多商品和服务带来的好处，因此需求水平又会有所上涨。此时理论上过度供应的商品价格会继续下跌，直到供需基本平衡为止。价格下跌时，一部分商品已不再具备成本效益，被挤出市场，这种现象又会促使建立新的供需平衡。相反，如果供小于需，则价格会上涨，卖方会通过涨价扩大自己的利益，同时并不损失其市场份额，直到达到新的供需平衡为止。这种情况下，人们支付能力下降，需求水平也随之下降，此时，低价平衡状态下不具备成本效益的某些产品会进入市场，如果供不应求，价格还会直线上升，迟早价格会高到使消费者换用其他种类的商品（例如：17、18世纪的欧洲因森林采伐过度从木柴转换到煤，或将来某一天从石油转换到其他替代能源）。这是供求关系的基本规律。其中有一点尤为值得注意，虽然经济学家们能够掌握充分的供应信息，能够计算出理想的供需平衡曲线，但消费者们认为，一些基本的商品供应比真实的供应数据重要得多。这在70年代供应短缺时所表现出的种种情形中有明显体现，因恐慌而抢购，价格直线上升，然后逐渐节制使用。
油、气生产的特殊性增加了能源供需估算的复杂性。最大的生产成本出现在储量开发过程中，而生产的单位成本则很低（油、气尤其如此）。因此油、气储量的拥有者降低产量的余地有限。
煤虽然占据了化石燃料储量的大部分，油、气却占据了主要的能源市场，是能源价格的决定因素。如果没有石油输出国组织，就不会有限产，那么巨型油、气田的拥有者绝对会无*地提高产量，使市场供应过剩，原油价格下跌，致使大部分欧美的油、气生产不再具备效益。美洲的大部分产量来自于提高采收率（包括二次采油）和露天开采，单井日产低于10桶。此外，欧洲的一大部分产量来自于水域环境恶劣的北海。所有这些产量的成本都要高于陆上采油的成本。由于价格过低，勘探的高成本无法在短期内得到回收，勘探工作很可能就会停止。即使是巨型大油田，其产量肯定也有递减的一天，当产量递减到某一点，这些油田以其能力极限或接近能力极限生产时，为与成本相匹配，油气价格就会上涨。如果还有大量的油有待于发现，新发现会接替产量递减油田，价格会稳定在较高水平上。但是，尽管勘探技术不断进步，发现率还是止步不前，无法完成储量接替，此时，价格就会持续上升，直到具备成本效益的其他能源出现为止。
资源及其再生性
现有经济和技术条件下，煤的可采资源基础大于其他化石燃料的资源基础。生物燃料虽因有明显的可再生性而受到关注，但其实每一种资源都有再生功能，只不过再生速度不同而已。资源的衰减不仅仅与再生速度有关，还受其储量规模影响。煤的再生速度很明显要低于生物燃料，但煤的可采储量巨大。比如，美国从煤中获取的能量为20×1O15英热单位，如果全部用木柴替代的话，则每年需要25亿吨的木料（木柴和煤之间的能量转换，有一种英制算法；该数字用相似的计算方法得出）。因此，如果用不到200万平方英里的天然林来满足这一需要，则肯定要超过森林的更新速度。这已经占到国土面积的一半以上，远远超过国家天然林的面积。
但前述的反证法未见得公平。为满足现代需求的许多生物燃料开发方法源自于农作物的二次燃料生产，这其中包括用农业废料发酵生产乙醇，农业废料包括玉米株、锯末等等；还包括用庄稼（如大豆）榨油，这些植物油也可以加以炼制，用做柴油燃料。说到再生性，大豆农场可以无*地进行再生性产出，弥补一部分煤、核动力、进口油或海上用油。但燃料的再生性不应与环保效益相混淆，如前一章所述将耕地转换成单作农场，从环保角度看应受到高度质疑。
可持续木柴生产
木柴的永久持续性只是一个不得善终的神话。生物燃料是一种独特的能源，在人类的生存期内，当然可以再生，但其再生速度视其储量基础的大小而不同。森林越多，生长的树木也越多。因此，如果人们消耗木柴的速度超过当地森林的生长速度，这种消耗活动就降低了未来生长的林木量。
尽管有人认为木柴属于可再生一类，有些研究者甚至认为，理论上英格兰用于冶铁的木柴具有无限期的可持续性，但这些观点都经不起分析推敲。到19世纪末，英格兰每年用2亿吨的煤提供4000万亿英热单位的原始化学能量（注1）。假设一片森林增长率较高，自然生长率为8立方米／公顷·年，等于114立方英尺／英亩·年或3700磅／英亩·年（林木密度中等）（注2）。如果青木的化学能量为4300英热单位／磅，煤的标准能量为10260英热单位／磅，用木柴生产等量的化学能量则需要每年收获2亿6500万英亩的生长林，这意味着占地超过40万平方英里的森林。而事实是：整个不列颠群岛的面积还不到15万平方英里。此外，只使用木柴也无法满足英格兰持续增长的人口和工业用燃料需求。
应该说明的是8立方米/（公顷·年）的增长率比较保守。第一章所描述的短周期、密集型种植法生产的生物燃料，产量可高达50立方米/（公顷·年）（注3）。这样，产能提高6倍的情况下，如果不列颠群岛用一半的国土面积种植木草并采用密集型种植法（木草种植法），则应该能够满足19世纪后期英国的能量需求。当然，这种高强度的单一种植法所带来的环境影响绝不会是积极的。此外，这其中还没有考虑不可耕种的土地、人类占据的土地以及生长食物所需的土地。这一例子说明，即使对于人口水平低于现代社会且工业化程度较低的地区，主要靠生物燃料来提供能量的话，生物燃料也不可持续。
要想使生物燃料具有可持续性，必须对如下几个方面进行改变：
①在以木柴为主要燃料的地区，生物燃料在总的能源构成中所占的比例必须缩小；②改进技术，以便用较少的能量投入获得更多的有用功；③利用多种用途植被生产生物燃料。
要想有效地利用生物燃料，上述几种做法都很重要（降低人口水平，或降低工业化带来的生活标准都能提高生物燃料生产的可持续性，但两者均不实际，也不可行）。
第一种方法较为明显，且带有强制性，如果生物燃料在现代能量生产中只占少部分，那么生物燃料可以无限期地持续下去，同时还可以缓解化石燃料资源衰竭的压力。但不幸的是，当今世界面临森林过度采伐、可燃燃料造成大气污染等多种威胁，使用生物燃料而不造成环境影响几乎不可能，已有事实证明，直接燃烧生物燃料所产生的二氧化碳和微粒排放与化石燃料相差无几。
每一种能源的目标都是要高效地生产能量。在依靠木柴的地区，有众多引进高效燃木炉子的项目。的确，开放式明火的煮饭效率极其低下（只有10%左右），而实验室测试表明，经过设计的可控气流的高效炉子，其效率超过30%甚至40%，但实际应用表明，这种炉子的效率只比开放式明火稍高一点（注4）。这中间有几个问题，如“能量转换与应用”一章中所述，木头的形状和大小是因素之一，如果木头与炉子不匹配、炉门关不上的话，空气流和燃烧效率都无法得到有效控制。解决这一问题的方法是将生物燃料转换成气态或液态燃料，进而提高使用效率。此外还可以将木屑压成球状，使炉子的燃烧不仅非常有效、燃烧温度可以很高，而且几乎没有烟或微粒排放，不过压球过程成本很高。另一方面，处理过的燃料燃烧起来更为清洁，用生物燃料生产出的甲烷更是如此。
多用途植被方法可解决占地问题。这种方法中，土地不仅仅单纯用于生产燃料，所收获的植物也不仅仅用做木柴。已经收获了食物的庄稼可以同时用于能量生产，这样，生物燃料就不必占地单作生产，承担影响整个生态系统的负担。某些情况下，可以用其他工艺过程的副产品来生产生物燃料，如木材生产的锯末等。还有多种用途的农业，如沿田边种一排树，让小农场主可通过剪枝获得一部分木柴，如果这些树还能结果，则就具备了更多用途，树根还可以巩固土壤，防止侵蚀。
油气生产的未来
现有经济和技术条件下，已知石油资源有三分之二不可采，也就是说，还存在着很大的储量增长空间。采收率技术的提高，使以前不可采的很大一部分资源基础成为可采部分。
石油生产或输送中断时，预计其价格会急剧上涨。此外，由于勘探是一种概率性风险的工作，在工业化生产前需投入大量的时间，因此，供应出现短缺时，严重的市场投机行为似乎不可避免。70年代能源价格的上涨，很大程度上归咎于这种投机行为。尽管勘探不断有新发现，但由于受储量定义的*（储量是指在现有经济和技术条件下可以采出的部分），在大规模的探明钻井并取得一定产量证实这些新发现以前，各油公司的储量不可能增加，商人们借此机会极力夸大供应短缺。根据前几次的供应短缺就能预测出下一次的供应短缺情况。价格上升，储量增加。众多公司已经知道大量的油气资源在哪里，但因为受目前经济条件局限无法生产，因此不成其为储量，但价格上涨很快就会把一部分已知资源变为储量。
从实用性角度看，尽管新储量勘探和采收成本因补偿生产会持续上升，但没有哪一种化石燃料资源会“用尽”。本书写作时，主要产油国的原油出口能力已超出全球的需求水平，因此市场并不需要新储量接替，现有储量的生产成本无法反映储量接替的成本增加。只要现有的生产能力还能满足或超过需求，储量的所有者就不可避免地会通过提高产量来使其效益最大化，而提高产量又持续了低价。
支撑性能源——煤
煤的储量远比其他任何可燃燃料的储量丰富。与其他一次能源相比，燃烧能更有效地满足某些形式的能量需求，而且未来几十年内，流体油气扩大其全球市场份额的潜力极为有限，因此，煤最有可能成为今后几代人的最主要能源。
即使非可燃性资源占据了能源市场，煤也可能保持其重要商品的地位。煤的主要成分是碳，碳是有机化合物的基本组成部分，可以生成无数的合成产品。目前，油气是合成有机化合物的主要原料，但可采油气资源基础衰减后，煤的生产自然会接替合成产品的市场地位，这部分市场份额与能源消耗相比只占很小一部分（约占总耗油量的10%），但如果不再有廉价的油气，在未来市场中这部分就相当重要而且利益可观。
非衰竭性资源
本书将太阳能、风能和水动力都归为非衰竭性资源，因为人类的使用不会使这些资源衰竭，人类的技术有开发这些能量流的潜力，但不会改变其资源基础。如果人类活动能改变区域性的天气形式，那么降水形式就会发生变化，进而影响河流的水流量，从而改变水动力资源。但如果人为变化已达到这种程度，人类所面临的问题可能要比保持水力发电严重得多。全球范围内，所有这些资源都携带着巨大的能量，区域实用性是这些资源所受的唯一*。有人指出，欧洲及人口稠密的另外48个国家的主要河流已经被开发利用；风力发电的最佳现场一般都不是理想的居住区；阳光充足的地区利用太阳能很理想。但社会的发展布局是这样，发达国家的耗能人口大部分集中在北纬地区，这些地区阳光并非无处不在。但不管怎样，这些资源都不受实用性*，*因素在于其他方面的成本。
本书虽将地热资源也归为非衰竭性资源，但过度使用也会降低其局部丰度，不过如同其他非衰竭性资源，人类的活动不可能将地热资源用尽（将地心冷却）。像水力资源一样，地热不受丰度*，而是受最佳资源的位置*。
核动力
地球拥有很多铀，但大部分很分散，只微量存在于岩层及海洋矿物中，储量不大可能增加。的确，如果核裂变增长且可长期持续，则增殖反应堆技术将占主导地位。增殖技术已经存在，比目前流行的技术更为清洁，但增殖反应堆无疑受到了公众的关注，致使美国中止了裂变反应堆的开发。
聚变不受丰度*，而是受条件*。有人预测，海洋中有充足的氘，会像太阳一样持久，但是否有技术使得这一资源可用呢？这方面还需要一些技术突破。
