与化石燃料相比，IEA少报了3-4倍的太阳能和风能

最初通过EnergyPost.eu在Energi og Klima上发布。作者：Erik Sauar

EnergyPost的简介摘要：Erik Sauar写道，国际能源署（IEA）的统计数字低估了风能和太阳能在全球能源结构中的作用，为三分之二。这给决策者，投资者和公众带来了错误的印象，即风能和太阳能微不足道。根据Sauar的说法，必须更改计数方法，以反映世界距离向可再生能源过渡真正的距离。

风能和太阳能数十年来经历了指数级增长，拥有数百万人，但根据国际能源署（IEA）的统计，它们仍仅占世界能源供应的2％。怎么会这样？

当一家太阳能发电厂，燃煤发电厂和核发电厂都产生相同数量的电力时，人们会认为能源统计数据会认为这些对世界能源供应的贡献相对相似。这远非事实。

答案隐藏在IEA和OECD长达12年的《统计手册》中的错误中。随着风能和太阳能的持续增长，这将很快需要改变。经过修正后，很明显，风能和太阳能对世界能源供应的贡献已经是正常报告的三倍多，而且向可再生能源的转变比许多决策者意识到的要早得多。

错误说明

当太阳能发电厂，燃煤发电厂和核发电厂都产生相同数量的电力时，人们会认为能源统计将这些对世界能源供应的贡献视为相对相似。这远非事实。

相对于太阳能发电厂，核电和煤电的数量是三倍的，要考虑到要制造一台电，大约需要三台煤或核能。当然，在风力发电场或太阳能公园中也会发生类似的损失，但是在这里，IEA的统计数据并未作任何修正以考虑到所有损失。IEA仅报告了发电的一个单位，而忽略了这些可再生能源发电厂中也损失了大约两个单位的能源。

如今和未来所有情景中，太阳能和风能的主要供应量均被低估了3-4倍。

因此，国际能源署（IEA）最终报告了世界上化石燃料的使用量是风和太阳能的三倍，而这些可再生能源的实际作用被大大低估了。在最近提交出版的一份研究论文中（Sauar，2017），据记录，这种计数方式与IEA本身所遵循的基本物理能定义相反。但是，下面给出了一个简短的，流行的推理履历表，因为目前对于决策者而言，有关该主题的文献有限。

一次能源

当IEA比较世界上各种能源的作用时，它们通常使用术语“一次能源”。该术语的定义准确，具有明确的物理含义，被OECD和IEA引用为其统计的基础（例如，参见OECD，2016或UN，1997）：主要能源消耗是指原始能源直接使用或未经转换即直接供用户使用，即未经转换或转换的能源。

简而言之，一次能源是进入发动机或发电厂的第一批“原始能源”，然后转化为“精炼能源”或“二次能源”，例如电能或机械能。对于天然气，石油和煤炭，今天正确地报告了“一次能源供应”，因为石油，天然气或煤炭的吨数反映了这一年的消费量。是否有效使用，不计算在内。例如，当炼油并随后进入汽车发动机时，大部分能量都将丢失，只有从油田提取的一次能源中约有20％转化为精炼的机械能，从而推动汽车前进。

当前的方法仅在其经历临时生热过程时才根据其一次能源含量将其计算为100％。

对于太阳能发电厂和风力涡轮机，主要能源是辐射的太阳能或风能吹入发电厂，而精炼能源则是所产生的电能。像在内燃机中一样，大部分的一次能量都将丢失，但是大约相同的量会转化为所需的电能（或机械动力）。那么，为什么这两种情况并没有按照一次能源的定义来平等对待呢？原因很可能是简单性。生产石油或煤炭的公司以吨为单位计算提取量。利用太阳能和风能发电的公司计算其发电量。

无论如何，经合组织和国际能源署的统计人员在12年前就选择了一个模型（IEA / OECD，2005），该模型可根据临时过程中产生的热量计算一次发电的能耗，即使在这种情况下，与一次能源的物理定义直接相反。当时讨论风能和太阳能时，这些都是非常小的能源，因此讨论可能会在没有过多关注的情况下结束。

在以后的几年中，这种错误已经简单地重复了。实际上，这意味着在今天和未来的所有情况下，太阳能和风能的主要供应都被少报了3-4因子。

Giampietro和Mayumi（2009）的以下p很好地说明了主要能源在实际使用前如何从左侧经过各种转换而移动。在此p中，很容易显示出IEA和大多数能源统计学家在何处重复他们的历史错误，并且由于＃1转换及转换之前的损失通常在60-80％的范围内，因此这当然会带来很大的不同。

如Giampietro和Mayumi（2009）先前所述，一次能源的转换。本文中添加了蓝色箭头，显示了IEA在何处计算不同的能源。

IEA计数方法的物理问题

从《国际能源署》和《经合组织统计手册》（2005年）中可以看出，国际能源署目前将主要能源形式视为生产过程中可实际使用多种能源的下游第一能源形式。但是，从上面的p中可以看出，这意味着大多数能源被视为一次能源，而其他能源（水，风和太阳能）被视为二次能源。因此，这不是将对定义明确的项一次能量进行计数的计数方法。相反，它将计算可能被称为“可交易能源”的东西。

尽管IEA当然可以自由定义其术语，但该组织仍需要对一次能源形式进行定义，该定义应与术语一次能源相一致。其次，“一次能源”一词在一般科学界中是一个定义明确的术语，通常不会对原始“一次能源”以外的变化开放。

选民，行业领导者和政治人物不是根据客观事实做出决定，而是根据他们如何看待和理解它们。

第二个问题是，当前方法仅在其经历临时生热过程时才根据其一次能源含量计算一次能源的100％。这特别有问题，因为临时产生热量通常不是将一次能源转换为二次能源的最节能途径。

当化学能（如石油和天然气）转化为热能时，将有近50％的热力学势能立即消失（例如电能）。原则上，在理想的燃料电池中，石油和天然气可以转化为近100％的电能。但是，在将这些能源转换为临时热量之后，由于基本的热力学原理，它们失去了将近50％的发电潜力。

适当地将风能和太阳能视为主要能源

对于核能和生物质能发电厂，测量发电量要比计算消耗的核能的确切数量或权衡消耗的生物质的确切数量更容易。因此，国际能源机构选择只测量这两种能源的发电量，然后将其乘以生物质能3.0和核能3.03。

IEA今天的报告显示，可再生能源价值链中的一次能源使用量减少了75％，从而再次倾向于完全夸大化石燃料在我们经济中的作用。

对于风能和太阳能，很容易得出相似的因子。在最近提交发表的较长的研究论文中，显示了风力涡轮机产生的电可能需要倍数在2.2–2.5范围内的倍数才能考虑转换损失，因为这是非常节能的能源效率经常超过40％的技术。

另一方面，太阳能电池板的效率较低，但很快将平均达到20％左右，并且需要考虑5.0的系数才能弥补损失。最后一个因素可能看起来很高，但是将太阳能转换为二次能源的损失实际上与内燃机之前和内部的油基能源的损失非常相似。对于风能和太阳能的60/40混合比，平均核算系数约为3.3，这与生物质和核能的处理方式非常吻合。

决策基于感知

选民，行业领导者和政治人物不是根据客观事实做出决定，而是根据他们如何看待和理解它们。这就是为什么感知很重要的原因。如果马拉松运动员知道他即将获胜，他会付出更多努力。如果一家工业公司知道市场会在未来25年内偏爱他们生产的产品，那么投资会更容易。政治显然也是“可能的艺术”。因此，政客认为可能的事情非常重要。

今天的计数方法使政治家，工业家和选民相信，从化石燃料向可再生能源的转变比实际要远得多。

在挪威今天的政治讨论中可以找到一个相关的和当代的例子，挪威的石油工业正在争相为石油勘探开放更多的地区。他们的主要论据之一（挪威石油天然气协会领导人Karl EirikSchjøtt-Pedersen于2017年8月15日在VGTV上使用的最新观点）是，世界需要更多的能源，而新的可再生能源尚未成熟，尚未步入正轨上升，因为它们仅占能源供应的2％。IEA的正确报告显然会改变这一观点，并削弱或消除这一论点。这又可能会影响选民和政客的决策。

当然，可以说，由于风和太阳辐射是所有实际目的的永恒能源，因此将其报告为二次能源即电力也许更有意义。但是，在那种情况下，一个人还需要将所有其他能源报告为二次能源，以表明不同能源在我们社会中所起的相对作用。

风能和太阳能将很快成为世界能源供应的主导

下图p显示了2040年IEA三种政策情景之一中世界一次能源使用的比较。这就是所谓的450情景，其中大气中的二氧化碳量被限制在450 ppm以限制气候变化。

左图是国际能源署在其《 2016年世界能源展望》中针对这种情况报告的能源供应。右边是同一张图，但显示的主要能源消耗是风能和太阳能的度量。两者之间的差异远不止于此，风能和太阳能现在显然已成为最大的一次能源。在右图中，根据风，太阳能PV，太阳能CSP和IEA在2040年这种情况下的一些地热能的混合使用了2.9的乘数。（IEA还报告了其他一些可再生能源以及风能和太阳能，如果做得更精确的话，可能会稍微修改此因子。）

计算能量的重要性：IEA 450情景（左）和修正版本（右）对风能和太阳能的未来作用产生了截然不同的印象。

值得注意的是，在上方的图表中，到2040年，核电在左侧似乎起着与风能和太阳能相结合的作用。但是，这只是当今IEA的一个纯粹的假象，因为预计2040年风能和太阳能产生的电量将大大多于核能。这已隐藏在今天的报告中，但是当正确地考虑了风能和太阳能时，这一点变得非常清楚。

水电值得特别提一下。该能量源在其主要能量状态下是动能（或机械能），可以将其转换为电能的效率接近100％。因此，对于水力发电，一次和二次能量几乎相同。

如果您是考虑投资化石燃料的行业领导者，并且看左图，您会相信，直到2040年之后，来自风能和太阳能的竞争几乎都不会打击您。但是，如果您看一下右边的图表，很明显，这场竞争将在2040年之前十分严峻。

每当汽车从化石燃料转换为太阳能和风能时，即使这种情况并没有发生，世界能源的一次消费似乎也会下降75％。

对于考虑是否应该刺激风能和太阳能的选民和政客，同样令人沮丧的是，即使经过25年的太阳能和风能刺激，化石能源仍占主导地位。这种看法很容易导致绝望和消极情绪。因此，正确说明风能和太阳能相对于其他能源的实际重要性具有很高的实用价值。这很重要。

今天的计数方法使政治家，工业家和选民相信，从化石燃料向可再生能源的转变比实际要远得多。

石油与可再生能源的运输

在引言中，我们介绍了用于发电的能源。但是，很多能源，特别是石油，被用于运输。当前，随着风能和太阳能的强劲增长，电动汽车开始大量供应。由于电动汽车是存储来自风能和太阳能发电厂的间歇性能源的一种非常好的方法，因此这一发展尤其重要。这也特别相关，因为在将任何能源转换为电能或可用的机械能时，通常会造成重大损失。对于风能和太阳能，这种转换损耗发生在发电厂。对于基于油的能量，这种转化损失发生在内燃机中。

因此，让我们比较传统的基于汽油的汽车和基于电动汽车的风能与太阳能混合的两个价值链。理想情况下，应该根据全球平均水平进行比较，但并不总是容易获得。因此，下面我们仅列出合理的代表性数字。进行更全面的全球研究显然会变得更加精确，但是结果可能不会有根本的不同。例如，普通汽油车的消耗数据取自美国环保署（Thomas，2017年）。

从上面可以看出，如果将实际价值定义为与每15 000 km消耗17 MWh的汽油车使用一次能源的实际定义非常相似，而使用太阳能的电动汽车消耗约15千瓦的价值，则这两个价值链在每公里的一次能源消耗上实际上具有可比性。兆瓦时。考虑到美国的普通汽车可能会比普通电动汽车大，电动汽车的小收益甚至可能会消失。

太阳能组件的效率短期内将达到约20％，而风力涡轮机的效率通常会超过40％。这与核能，生物质能和燃煤发电厂没有太大区别。

不过，国际能源机构（IEA）今天的报告显示，可再生能源价值链的一次能源使用量减少了75％，因此，这种趋势再次完全夸大了化石燃料在我们经济中的作用。

因此，当前能源统计数据中的“一次能源错误”产生了一点荒谬的影响，即每当汽车从化石燃料转换为太阳能和风能时，即使这没有发生，世界能源一次能源消耗似乎也会下降75％！因此，在许多最严峻的气候政策情景中，它们表明，在未来20年中，世界一次能源消费量将被压缩，读者将理解这是一项艰巨的能源饮食。但是，从上面可以看出，这完全不是事实，而是当前统计计数方法的伪像。

两种不同的太阳能技术很好地说明了当今的计数不一致

如今，太阳能是通过两种不同的技术产生的：将太阳能直接转换为电能（具有低温热损失）的光伏（PV）系统和将太阳能先转换为高温热然后再将太阳能转换为电能的集中式太阳能（CSP）。在具有类似的低温热损失的更常规的热电厂中将热量转化为电能。

对于太阳能光伏技术，如上所述，IEA仅计算发电量。但是，对于太阳能CSP技术，IEA会计算临时高温热量的产生，从而报告一次能源的产生量是太阳能PV的3倍，即使它们从几乎相同数量的电能中产生完全相同的电量太阳能。并且在两种情况下，转化损失甚至最终都是低温热量。对于全球能源供应情景的读者来说，CSP似乎总是起着相当重要的作用，但这仅仅是因为CSP工厂的发电量乘以3而不是PV。这种情况可以在下面的p中进行说明：

IEA对两种不同的太阳能技术的会计处理。

无论是在今天还是在可预见的未来，光伏将在这两者之间占据主导地位-部分是由于成本，部分是因为CSP需要近乎沙漠的天气才能提供低成本的能源生产。

是否有充分的理由维持IEA当前的计数惯例？

科学一致性

首先，对于像IEA这样的国际声誉卓著的组织，必须明确要求其计数方法与要计数的物理实体一致。IEA当然可能会争辩说他们遵循了OECD和IEA统计手册中描述的基于热的计数方法，但是当涉及到太阳能和风能时，这种计数方法不会计算一次能源。它仅计算产生的二次能量。

BP已经意识到了这个问题，因此最近开始将风能和太阳能的贡献乘以2.8倍，以便更好地显示风能和太阳能的实际贡献。

因此，IEA应该将其当前表报告为“一次和二次能量的混合”或“产生的可交易的能量”，以使其科学保持一致。仅仅让国际组织准确地使用科学术语就足以改变当今的做法-通过更改计数方法或使用不同的术语，以便至少数字和术语之间保持一致。

最相关的观点

当然，另一个重要的观点是哪个数字对当今和未来世界不同能源对世界能源供应的贡献给出了最相关的观点。如果存在一个大型能源，能源效率只有5％，那么可能会引起一个重大问题，因为这似乎比实际意义更大。幸运的是，事实并非如此。

根据上表中的运输行业表，应该清楚地看到，即使对于风能和太阳能也正确使用“一次能源”一词，将比今天的不一致术语提供更相关的理解。对于电力部门来说，情况也类似。太阳能组件的效率短期内将达到约20％，而风力涡轮机的效率通常会超过40％。这与核能，生物质能和燃煤发电厂没有太大区别，尤其是在发电厂之前还考虑了运输和炼油厂损失的情况下。

了解世界要过渡到以太阳能和风能为主的能源供应有多远，很可能会影响世界许多地区的投资决策和政治决策。

BP（2016）意识到了这个问题，因此最近开始将风能和太阳能的贡献乘以2.8倍，以便更好地显示风能和太阳能在他们的情景中对世界能源供应的实际贡献。选择该因子是为了考虑到化石燃料发电厂的平均损失，从而估算出风能和太阳能可替代的化石燃料数量。为了同时考虑所有开采和运输损失，以便将石油，煤炭和天然气运到发电厂，转换系数可能应增加到约3.1–3.4。

但是，如前所述，如果看一下将风能和太阳能转换为电能的实际损失，则正确的转换系数可能是风能约为2.3，太阳能能约为5.0。平均值约为3.3，因此两种观点实际上得出大致相同的结论。

在此讨论中，与核电和生物质能发电进行比较也很重要，在这种情况下，IEA已选择将一次能源计算为3.03倍和发电量的3.0倍。为太阳能（〜5.0）和风能（〜2.3）引入相似的因素将立即针对这些能源立即建立一致的计数方法。

结论

本文显示，IEA和OECD能源统计中的当今计数方法在科学上并不统一。它还表明，如果修改方法，使太阳能和风能也以其作为主要能源的贡献来代表，那么观众将更好地了解风和太阳能在当今能源结构中的相对贡献。

最后，很明显，改变当今的计数方法非常重要和紧迫。公司，政府和选民根据他们对世界的看法做出决定。了解世界要过渡到以太阳能和风能为主的能源供应有多远，很可能会影响世界许多地区的投资决策和政治决策。

编者注

本文最初由挪威博客Energi Og Klima发布，经许可在此重新发布。

Erik Sauar（@ErikSauar）拥有挪威科学技术大学物理化学系的热力学博士学位，NTH的化学工程学硕士学位和Athropology的人类学文学硕士（cand.polit）。特隆赫姆大学。他在多家国际光伏机构和公司的董事会中担任过或担任过20多年的经验。他还是约35项专利和专利申请的发明者，并发表了20篇科学出版物。埃里克（Erik）是可再生能源公司（Renewable Energy Corporation）的联合创始人之一，并担任该公司的首席技术官长达12年。在过去的5年中，他一直在投资于通过Differ AS在发展中国家实施小规模碳减排技术和项目的初创公司，并继续投资和协助太阳能和电池领域的技术公司。