多くの人は、風力タービンやソーラー パネルを設置し、電気自動車を製造すれば、エネルギー問題を解決できると信じていますが、私はそれに同意しません。 これらのデバイスに加えて、バッテリー、充電ステーション、送電線、およびそれらを機能させるために必要なその他の多くの構造物 高レベルの複雑さを表す.
新しい水力発電ダムに組み込まれた複雑さなど、比較的低レベルの複雑さは、エネルギー問題の解決に使用できる場合がありますが、 これまで以上に高いレベルの複雑さを常に達成できるとは期待できません.
人類学者のジョセフ・テインターによると、彼の有名な著書の中で、 複雑な社会の崩壊がある 複雑さの増大による収穫逓減. つまり、最も有益なイノベーションが最初に見つかる傾向があります。 後のイノベーションはあまり役に立たない傾向があります。 最終的に、追加された複雑さのエネルギー コストは、提供されるメリットに比べて高くなりすぎます。
この投稿では、複雑さについてさらに説明します。 また、世界経済がすでに複雑さの限界に達している可能性があるという証拠も示します。 さらに人気の対策は、エネルギー投資に対するエネルギー利益率」（EROEI）は、複雑さを増したエネルギーではなく、エネルギーの直接的な使用に関係しています。 その結果、EROEI の指摘は、風力タービン、ソーラー パネル、EV などのイノベーションが実際よりも役立つことを示唆する傾向があります。 EROEI に似た他の対策でも、同様の間違いを犯します。
【1】これで ネイト・ハーゲンズとのビデオ、Joseph Tainter は、エネルギーと複雑さが同時に成長する傾向があることを説明しています。
図 1. からのエネルギー複雑性スパイラル 2010プレゼンテーション 呼ばれます エネルギー複雑性スパイラル ジョセフ・テインター著。
Tainter によると、エネルギーと複雑さは互いに積み重なっています。 第一に、複雑性の増大は、利用可能なエネルギー製品の取り込みを促進することにより、経済の成長に役立ちます。 残念ながら、このように複雑さが増すと、利益が減少します。これは、最も簡単で最も有益なソリューションが最初に発見されるためです。 必要とされる追加のエネルギーに比べて、追加された複雑さのメリットが小さすぎると、経済全体が崩壊する傾向があります。これは、「急速に複雑さが失われる」ことに等しいと彼は言います。
複雑さが増すと、いくつかの方法で商品やサービスの価格が下がります。
規模の経済は、大規模なビジネスにより発生します。
グローバリゼーションにより、代替原材料、安価な労働力、エネルギー製品の使用が可能になります。
高等教育と専門化により、より多くのイノベーションが可能になります。
技術の向上により、商品の製造コストを下げることができます。
技術の向上により、車両の燃料を節約できる可能性があり、継続的な燃料の節約が可能になります。
奇妙なことに、実際には、複雑さが増すと、燃料の使用量が減るどころか増える傾向にあります。 これは次のように知られています。 ジェヴォンズのパラドックス. 製品の価格が安ければ、より多くの人々がそれらを購入して操作できるようになるため、総エネルギー消費量は大きくなる傾向があります。
[2] 上記のリンクされたビデオで、Tainter 教授が複雑さを説明する XNUMX つの方法は、 システムに構造と組織を追加するもの.
風力タービンやソーラー パネルからの電力は、たとえば水力発電所や化石燃料発電所からの電力よりもはるかに複雑であると私が考える理由は、次のとおりです。 デバイスからの出力は、現在稼働している電力システムの需要を満たすために必要なものからはほど遠いものです。 風力発電と太陽光発電では、間欠性の問題を解決するために複雑さが必要です。
水力発電では、ダムの背後に水が簡単に貯められます。 多くの場合、需要が高まったときに後で使用するために水の一部を貯蔵することができます。 ダムの背後にある水をタービンに流すことで、電気出力が地域で使用される交流のパターンと一致します。 水力発電ダムからの電力は、ユーザーが好む電力消費パターンに合わせて、他の利用可能な発電にすばやく追加できます。
一方、風力タービンとソーラー パネルの出力には、消費者の電力消費パターンに合わせるために、より多くの支援 (「複雑さ」) が必要です。 風力タービンからの電力は、非常に混乱する傾向があります。 それは独自のスケジュールに従って行き来します。 ソーラー パネルからの電力は組織化されていますが、組織は消費者が好むパターンとうまく連携していません。
大きな問題は、冬には暖房用の電気が必要ですが、夏には太陽光発電が偏って利用できることです。 風の可用性は不規則です。 バッテリーを追加することもできますが、これらは主に間違った「時刻」の問題を軽減します. 間違った「時期」の問題は、使用頻度の低い並列システムで軽減する必要があります。 最も一般的なバックアップ システムは天然ガスのようですが、石油や石炭によるバックアップ システムも使用できます。
この二重システムは、いずれかのシステムを単独でフルタイムで運用する場合よりもコストが高くなります。 たとえば、天然ガスからの電力が XNUMX 年の一部しか使用されない場合でも、パイプラインと貯蔵を備えた天然ガス システムを導入する必要があります。 複合システムには、送電、天然ガス生成、風力タービンとソーラー パネルの修理、バッテリーの製造と保守など、あらゆる分野の専門家が必要です。 これらすべてには、教育システムと国際貿易が必要であり、時には友好的でない国との貿易も必要です。
電気自動車も複雑だと思います。 主要な問題の XNUMX つは、経済のために、(内燃機関と電気自動車の) 二重システムが何年にもわたって必要になることです。 電気自動車には、世界中の元素を使って作られたバッテリーが必要です。 また、頻繁な充電の必要性を満たすために、充電ステーションのシステム全体が必要です。
[3] テインター教授 ポイントを作る その複雑さにはエネルギー コストが伴いますが、このコストを測定することは事実上不可能です。
エネルギーの必要性は多くの分野で隠されています。 たとえば、複雑なシステムを構築するには、金融システムが必要です。 このシステムのコストを追加することはできません。近代的な道路と法制度が必要です。 これらのサービスを提供する政府のコストは、簡単にはわかりません。 ますます複雑化するシステムには、それをサポートするための教育が必要ですが、このコストも測定が困難です。 また、他の場所で指摘したように、システムを二重にすると、測定や予測が困難な他のコストが追加されます。
[3] エネルギーと複雑さのスパイラルは、経済において永遠に続くことはできません。
エネルギーと複雑さのスパイラルは、少なくとも XNUMX つの方法で限界に達する可能性があります。
[a] あらゆる種類の鉱物の抽出は、最初に最適な場所に配置されます. 油井は、最初に石油が採掘しやすく、人口密集地に近い地域に配置されます。 炭鉱はまず、石炭の採掘が容易で、ユーザーへの輸送コストが低い場所に配置されます。 リチウム、ニッケル、銅、およびその他の鉱物の鉱山は、最初に最も収穫量の多い場所に置かれます。
最終的には、収益の減少により、エネルギー生産のコストは低下するどころか上昇します。 石油、石炭、エネルギー製品はより高価になります。 風力タービン、ソーラーパネル、電気自動車用のバッテリーも、それらを製造するための鉱物のコストが上昇するため、より高価になる傾向があります. 「再生可能エネルギー」を含むあらゆる種類のエネルギー商品は、手頃な価格になる傾向があります。 実際には、 多くのレポート つまり制作費 風力タービン & 太陽電池パネル は 2022 年に上昇し、これらのデバイスの製造は採算が取れなくなりました。 完成したデバイスの価格が上昇するか、デバイスを生産する企業の収益性が低下すると、使用の増加が止まる可能性があります。
[b] 人口は増え続ける傾向にある 食料やその他の物資は十分であるが、耕地の供給はほぼ一定に保たれている場合。 この組み合わせにより、XNUMX エーカーあたりの食料供給量を増やすことを可能にする継続的なイノベーションの流れを生み出すよう、社会に圧力がかかります。 これらのイノベーションは最終的に収穫逓減に達し、食糧生産が人口増加に追いつくことをより困難にします。 気象パターンの不利な変動により、食糧供給が長年にわたって最小レベルに近づきすぎていることが明らかになることがあります。 食料価格の高騰と、不十分な食事しかできない労働者の健康状態の悪化によって、成長のスパイラルは押し下げられています。
[c] 複雑さの増大は限界に達します。 最も初期のイノベーションは、最も生産的である傾向があります。 たとえば、電気は電球と同じように XNUMX 回しか発明できません。 グローバリゼーションは、最大レベルに到達するまでしか進みません。 私は負債を複雑性の一部と考えています。 ある時点で、借金は利子で返済できなくなります。 高等教育（専門化のために必要）は、労働者が生活費をカバーするだけでなく、教育ローンを返済するのに十分な高賃金の仕事を見つけることができない場合、限界に達します。
[4] Tainter 教授が指摘する点の XNUMX つは、利用可能なエネルギー供給が減少した場合、システムは 簡素化する.
通常、経済は 1991 年以上にわたって成長し、エネルギーの複雑さの限界に達した後、数年かけて崩壊します。 この崩壊はさまざまな方法で発生する可能性があります。 政府の層が崩壊する可能性があります。 私は、XNUMX 年のソビエト連邦中央政府の崩壊を、より低いレベルの単純化への崩壊の一形態と考えています。 または、ある国が別の国を征服し（エネルギーの複雑さの問題を抱えて）、他の国の政府と資源を引き継ぐ. あるいは金融崩壊が起こる。
通常、簡素化は自発的に行われるものではないと Tainter 氏は言います。 彼が挙げた自発的な単純化の一例には、7 世紀のビザンチン帝国が含まれます。 軍に利用できる資金が少なくなったため、遠方の駐屯地の一部を放棄し、残りの駐屯地を運用するためにより安価なアプローチを採用しました。
[5] 私の意見では、 エロエイ 複雑なタイプのエネルギー供給の利点を誇張するための計算（および同様の計算）。
上にリンクされた講演でテイター教授が強調した主なポイントは、 複雑さにはエネルギー コストがありますが、この複雑さのエネルギー コストを測定することは事実上不可能です。. 彼はまた、複雑さの増大は魅力的であると主張しています。 複雑さの全体的なコストは、時間の経過とともに増加する傾向があります。 モデルは、非常に複雑な新しいエネルギー供給源をサポートするために必要なシステム全体の必要な部分を欠いている傾向があります。
複雑性に必要なエネルギーは測定が難しいため、複雑なシステムに関する EROEI の計算では、風力発電や太陽光発電などの複雑な形態の発電が、実際よりもエネルギー消費量が少ない (EROEI が高い) ように見える傾向があります。 . 問題は、EROEI の計算が直接的な「エネルギー投資」コストのみを考慮していることです。 たとえば、この計算は、システムの一部が XNUMX 年の一部で十分に活用されていない二重システムの高いエネルギー コストに関する情報を収集するようには設計されていません。 年間コストは必ずしも比例して削減されるわけではありません。
リンクされたビデオでは、Tainter 教授が長年にわたる石油の EROEI について語っています。 このタイプの比較に問題はありません。特に、フラッキングの使用が拡大する最近の変更の前に停止した場合は、複雑さのレベルが似ているためです。 実際、このようなフラッキングを省略した比較は、Tainter が行うものと思われます。 さまざまな複雑さのレベルを持つさまざまなエネルギーの種類間の比較は、簡単に歪められるものです。
[6] 現在の世界経済はすでに単純化の方向に進んでいるように見え、安価なエネルギー製品が利用できないことを考えると、より複雑化する傾向はすでにその最大レベルを超えていることを示唆しています.
輸送（一般的に石油製品を使用する）が高値になっているため、貿易、特に国際貿易の簡素化がすでに見られ始めているのではないかと思います。 これは単純化の一種と考えられるかもしれません。 安価な エネルギー供給.
図 2. 世界銀行のデータに基づく、世界の GDP に占める割合としての貿易。
図 2 に基づくと、GDP に占める貿易の割合は 2008 年にピークに達しました。それ以来、貿易は全般的に減少傾向にあり、世界経済が少なくともいくつかの点で縮小傾向にあることを示しています。高い価格制限に達しました。
複雑性が低下する傾向のもう 2010 つの例は、XNUMX 年以降の米国の学部および大学への入学者数の減少です。 他のデータショー 学部入学者数は 1950 年から 2010 年の間にほぼ 2010 倍になったため、XNUMX 年以降の減少傾向への移行は大きな転換点を示しています。
図 3. 米国のフルタイムおよびパートタイムの学部生および大学の学生の総数。 教育統計局.
入学者数の移動が問題となる理由は、大学は莫大な固定費を抱えているためです。 これらには、維持しなければならない建物や敷地が含まれます。 多くの場合、借金も返済する必要があります。 教育システムには、ほとんどの状況下で、スタッフを維持する義務があるテニュア付きの教員もいます。 彼らは十分に積み立てられていない年金債務を抱えている可能性があり、別のコスト圧力を加えています.
私が話をした大学の教職員によると、近年、入学した学生の定着率を改善するための圧力がかかっています。 言い換えれば、彼らは、たとえそれが彼らの基準を少し下げることを意味するとしても、現在の学生を中退させないように奨励されていると感じています. 同時に、教職員の賃金はインフレに追いついていません。
他の情報は、大学が最近、より多様な学生組織を達成することに非常に重点を置いていることを示唆しています。 これ以上の入学者数の減少を防ぐため、これまで高校の成績が低かったために入学できなかったかもしれない学生の入学が増えています。
学生の観点からすると、問題は、大学教育の高い費用を正当化するのに十分な高賃金を支払う仕事がますます利用できないことです. これが、米国の学生債務危機と学部入学者数の減少の両方の理由のようです。
もちろん、もし大学が入学基準をいくらか引き下げており、おそらく卒業基準も引き下げているのであれば、これらのますます多様化する卒業生を、学士号の成績がいくらか低くても政府や企業に「売り込む」必要があります。 これは、複雑さの喪失のさらなる兆候であるように私には思えます。
[7] 2022 年に、ほとんどの OECD 諸国の総エネルギー コストは、GDP と比較して高水準に急上昇し始めました。 状況を分析すると、発電に最も頻繁に使用される XNUMX 種類の燃料である石炭と天然ガスの価格と同様に、電力価格が急騰しています。
図 4. と呼ばれる記事のチャート エネルギー消費が急増し、政策立案者に課題を突きつけている、XNUMX 人の OECD エコノミストによる。
OECD 経済発展を刺激し、世界の成長を促進するために形成された、大部分が裕福な国々の政府間組織です。 これには、米国、ほとんどのヨーロッパ諸国、日本、オーストラリア、カナダなどが含まれます。 図 4 は、「エネルギー消費量が多い時期は景気後退と関連していることが多い」というキャプション付きで、OECD で働く XNUMX 人のエコノミストによって作成されました。 灰色のバーは景気後退を示しています。
図 4 は、2021 年に、エネルギー消費に関連するほぼすべてのコスト セグメントの価格が急上昇する傾向にあることを示しています。 電気、石炭、天然ガスの価格はすべて、前年に比べて非常に高かった。 過去数年間のコストと比較して大きく外れていない唯一のエネルギー コスト セグメントは、石油でした。 石炭と天然ガスはどちらも電気を作るために使用されるため、高い電気料金は驚くべきことではありません。
図 4 では、OECD のエコノミストによるキャプションが、どこのエコノミストにも明らかなはずのことを指摘しています。エネルギー価格の高騰は、しばしば経済を景気後退に追い込みます。 市民は必需品以外の消費を削減せざるを得ず、需要が減少し、経済を不況に追い込んでいます。
[8] 世界は石炭の採掘限界に直面しているようだ. これは、石炭を長距離輸送するための高いコストと相まって、石炭の価格が非常に高くなる原因となっています。
世界の石炭生産量は 2011 年以降、ほぼ横ばいでした。石炭による発電量の伸びは、世界の石炭生産量とほぼ同じくらい横ばいでした。 間接的に、この石炭生産の成長の欠如は、世界中の電力会社に他のタイプの発電への移行を余儀なくさせています。
図 5. BP のデータに基づく世界の石炭採掘量と石炭からの世界の発電量 2022年の世界エネルギーの統計的レビュー.
[9] 多くの種類の需要の増加を考慮すると、天然ガスも現在不足しています。
天然ガスの生産量は増加しているが、近年は伸びが鈍化している 十分な 世界の天然ガス輸入需要の高まりに対応するため。 2021 年の世界の天然ガス生産量は、1.7 年の生産量をわずか 2019% 上回っただけです。
天然ガスの輸入に対する需要の増加は、同時にいくつかの方向からもたらされます。
石炭の供給が横ばいになり、輸入が十分に利用できないため、各国は石炭による発電を天然ガスによる発電で代替しようとしています。 中国が世界最大の天然ガス輸入国であることも一因です。
風力発電や太陽光発電を利用している国では、風力発電や太陽光発電が利用できない場合でも、天然ガスからの電力が急速に増加し、それを補うことができます。
インドネシア、インド、パキスタンなど、天然ガスの生産量が減少している国がいくつかあります。
ヨーロッパはロシアからの天然ガスのパイプライン輸入を終了することを選択し、代わりにより多くの LNG を必要としています。
[10] 天然ガスの価格は、天然ガスが地元で生産されているかどうか、輸送方法や契約の種類によって、非常に変動します。 一般的に、現地で生産された天然ガスが最も安価です。 石炭にも同様の問題があり、地元産の石炭が最も安価です。
これは、最近の日本の出版物 (IEEJ) のチャートです。
図 6. 日本の出版物による世界 XNUMX 地域の天然ガス価格の比較 電気学会、23 年 2023 月 XNUMX 日付。
一番下のヘンリー ハブの低価格は米国価格で、現地でのみ入手可能です。 米国内での供給が多い場合、その価格は低くなる傾向があります。 次に高い価格は、数年にわたる長期契約の下で取り決められた輸入液化天然ガス (LNG) の日本の価格です。 最高価格は、「スポット市場」価格に基づいて欧州が LNG に支払っている価格です。 スポット マーケット LNG は、前もって計画を立てていない人が利用できる唯一の LNG です。
近年、ヨーロッパは低いスポット市場価格を獲得するチャンスをつかんでいますが、このアプローチは、行き渡るのに十分な額がない場合、ひどく裏目に出る可能性があります. ヨーロッパの輸入 LNG の高価格は、ウクライナ侵攻が始まる前の 2013 年 XNUMX 月にすでに明らかであったことに注意してください。
主な問題は、天然ガスの輸送が非常に高くつくことであり、ユーザーへの価格は少なくとも XNUMX 倍または XNUMX 倍になる傾向があります。 生産者は、天然ガスを LNG として生産し出荷するために必要なすべてのインフラストラクチャを収益性の高いものにするために、長期的に LNG の高価格を保証する必要があります。 LNG の非常に変動しやすい価格は、天然ガス生産者にとって問題となっています。
最近のヨーロッパでの LNG の非常に高い価格により、天然ガスの価格は、窒素肥料の製造など、発電以外のプロセスに天然ガスを必要とする産業ユーザーにとって高すぎます。 これらの高価格は、安価な天然ガスの不足による苦痛を農業部門に波及させます。
ほとんどの人は、特に石炭や天然ガスに関しては「エネルギー盲目」です。 彼らは、本質的に永遠に、安価に抽出される両方の燃料がたくさんあると想定しています. 不幸にも、 石炭と天然ガスの両方の場合、輸送コストは非常に高くなる傾向があります. これは、モデラーが見逃しているものです。 ハイです 配送費用 埋蔵量の見積もりに基づいて利用可能と思われる石炭と天然ガスの量を企業が実際に抽出することを不可能にします。
[10] 近年の電力消費を分析すると、OECD 諸国と非 OECD 諸国では、2001 年以降の電力消費の増加パターンが驚くほど異なっていることがわかります。
OECD の電力消費量は、特に 2008 年以降ほぼ横ばいです。2008 年以前でさえ、電力消費量は急速に増加していませんでした。
現在の提案は、OECD 諸国での電力使用を増やすことです。 電気は、車両への燃料供給や住宅の暖房に、より多く使用されるようになります。 また、特にバッテリーや半導体チップなど、現地での製造にさらに使用されるようになるでしょう。 過去の電力生産が基本的に横ばいであった場合、OECD 諸国はどのようにして電力の現在の使用と計画された新しい使用の両方をカバーするのに十分な電力生産を増加させることができるのでしょうか。
図 7. BP のデータに基づく、OECD 諸国の燃料の種類別の発電量 2022年の世界エネルギーの統計的レビュー.
図 7 は、特に 2008 年以降、OECD 諸国の電力生産における石炭のシェアが低下していることを示しています。 その他は、風力や太陽光などの再生可能エネルギーに加えて、石油やごみの燃焼による電力で構成されています。 後者のカテゴリは小さいです。
非 OECD 諸国の最近のエネルギー生産のパターンは大きく異なります。
図 8. BP のデータに基づく非 OECD 諸国の燃料の種類別の発電量 2022年の世界エネルギーの統計的レビュー.
図 8 は、非 OECD 諸国が石炭からの電力生産を急速に増やしていることを示しています。 その他の主要な燃料源は、天然ガスと水力発電ダムによって生成された電力です。 これらのエネルギー源はすべて、比較的複雑ではありません。 地元で生産された石炭、地元で生産された天然ガス、および水力発電による電力はすべて、非常に安価になる傾向があります。 これらの安価な電力源により、非 OECD 諸国は世界の重工業とその製造の多くを支配することができました。
実際、電気を生産するために一般的に使用される燃料 (つまり、石油を除くすべての燃料) の地域生産を見ると、パターンが現れることがわかります。
図 9. BP のデータに基づく、OECD 諸国の電力生産によく使用される燃料のエネルギー生産量 2022年の世界エネルギーの統計的レビュー.
電力に関連することが多い燃料の採掘に関しては、「再生可能エネルギー」（風力、太陽光、地熱、木材チップ）を含めても、生産量はほぼ横ばいでした。 石炭の生産量は減少しています。 石炭生産量の減少は、OECD の電力供給の伸びの欠如の大きな部分を占めている可能性があります。 地元で生産された石炭からの電力は歴史的に非常に安価であり、電力の平均価格を引き下げてきました。
非 OECD 諸国の発電に使用される燃料の生産を見ると、非常に異なるパターンが現れます。 図 9 と 10 の両方で同じ縮尺が使用されていることに注意してください。したがって、2001 年には、これらの燃料の生産量は OECD 諸国と非 OECD 諸国でほぼ同じでした。 非 OECD 諸国のこれらの燃料の生産量は 2001 年以降約 XNUMX 倍になりましたが、OECD の生産量はほぼ横ばいのままです。
図 10. 非 OECD 諸国の電力生産によく使用される燃料のエネルギー生産 (BP のデータに基づく) 2022年の世界エネルギーの統計的レビュー.
図 10 で注目すべき項目の 2011 つは、下部に青色で示されている非 OECD 諸国の石炭生産です。 XNUMX 年以降、ほとんど増加していません。これは、現在、世界の石炭供給が逼迫していることの一部です。 石炭価格の急騰が長期的な石炭生産に大きな影響を与えるとは思えません。なぜなら、OECD 非加盟国でさえ、真に地元の供給が枯渇しつつあるからです。 価格の急騰は、景気後退、債務不履行、コモディティ価格の下落、石炭供給の減少につながる可能性がはるかに高くなります。
[11] 残念ながら、世界経済は複雑さの限界とエネルギー生産の限界に達しています。
世界経済は何年にもわたって崩壊する可能性が高いようです。 短期的には、結果はひどい不況のように見えるかもしれないし、戦争のように見えるかもしれないし、あるいはその両方かもしれない. これまでのところ、電気にそれほど複雑ではない燃料 (地元で生産された石炭と天然ガス、および水力発電) を使用している経済は、他の国よりもうまくいっているようです。 しかし、世界経済全体は、安価に生産できる不十分な地域のエネルギー供給によってストレスを受けています。
物理学の用語では、世界経済とその中のすべての個々の経済は、 散逸構造. そのため、成長後に崩壊するのは通常のパターンです。 同時に、散逸構造の新しいバージョンが形成されることが予想され、その一部は変化する条件によりよく適応する可能性があります。 したがって、今日不可能に思える経済成長へのアプローチは、より長い時間枠で可能になるかもしれません。
たとえば、気候変動により、非常に寒い地域でより多くの石炭供給へのアクセスが可能になった場合、 最大電力の原則 一部の経済が最終的にそのような預金にアクセスすることを示唆しています。 したがって、私たちは今終わりに近づいているように見えますが、長期的には、自己組織化システムは、複雑さと直接燃料の両方を考慮して、安価にアクセスできるエネルギー供給を利用 (「消散」) する方法を見つけることが期待できます。使用。
ゲイル・トヴァーバーグ
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ソース: https://finance.yahoo.com/news/fatal-flaw-renewable-revolution-000000972.html