風力エネルギーと太陽エネルギーの背後にある経済的現実を理解する

Oct 25, 2023

再生可能エネルギーの利用が増加している主な理由は、模型を使用するなどして、それらを非常に狭い範囲で見ると、風力と太陽光が有用に見えるという事実です。 化石燃料を燃やさないので、環境にも貢献できそうです。

状況を分析するうちに、エネルギーモデリングは重要な点を見逃しているという結論に達しました。 私は、収益性のシグナルの方がはるかに重要であると信じています。 この投稿では、関連するいくつかの問題について説明します。

セクション [1] から [4] では、化石燃料エネルギーと風力や太陽光などの再生可能エネルギーの両方を評価する際に、経済学者を含む一般のエネルギーモデラーが見落としがちないくつかの問題を検討します。これらのセクションの主な問題は、エネルギー価格の高騰と政府債務増加の必要性との関係です。政府債務の上昇スパイラルの継続を防ぐには、化石燃料に代わる燃料は非常に安価でなければなりません。おそらく 1970 年以前の石油と同じくらい安価でなければなりません。実際、化石燃料の採掘や新しい風力タービンやソーラーパネルの建設の本当の限界は、インフレ期には管理できなくなる政府債務かもしれない。

セクション [5] では、公開されているエネルギー投資収益率 (EROEI) の指標が、送電網に大量の再生可能エネルギーを追加する価値に対して過度に好意的な印象を与える理由の 1 つを説明しようとします。 基本的な問題は、計算がこの目的のために設定されていないことです。これらのモデルは、より広範な問題を考慮せずに、少量の風力または太陽エネルギーの生成効率を評価するために設定されました。これらのより広範な問題が含まれている場合、EROEI の兆候ははるかに低くなります (好ましくない)。

省略されている広範な問題の 1 つは、風力タービンとソーラー パネルの電気出力が社会のタイミング ニーズとうまく一致せず、大量のエネルギー貯蔵が必要になるという事実です。 省略されているもう 1 つの問題は、主に電気経済への移行に必要な膨大な量のエネルギー製品やその他の材料です。 大きな移行が行われた場合、両方の省略された問題により、莫大なエネルギーコストやその他のコストが追加されることは容易にわかります。 さらに、風力と太陽光はこれまで、電力網への優先導入を許可される補助金など、化石燃料エネルギーシステムからの隠れた補助金を利用してうまくやっていくことができた。 EROEI の計算では、この隠れた補助金の額を評価することはできません。

セクション [6] では、再生可能エネルギーの実現可能性を示す真の指標について指摘します。風力や太陽光エネルギーを利用した発電が本当に経済に役立つのであれば、巨額の課税所得を生み出すことになる。先手先手支援の補助金やその他の補助金は必要ありません。 これは今日の風力や太陽光を説明するものではありません。

セクション [7] および [8] では、より広範な問題とは別に、風力と太陽光の EROEI 計算が誤解を招くほど有利になる傾向がある理由のいくつかを説明します。

[1] 経済では、安価に抽出できる石油が非常に不足しています。 エネルギー価格が高騰すると、経済はより多くの政府債務を必要とするようです。 再生可能エネルギー生産のモデルでは、たとえ石油の代替が非常に間接的であっても、この問題を考慮する必要があります。

私は、経済におけるエネルギー価格の上昇の問題は、食料費の増加に直面する国民のようなものだと考えています。 国民は、少なくともクレジットカードの限度額が限度額に達するまでは、さらに借金を追加して家計のバランスをとろうとします。 原油価格が高騰すると政府債務の増加が予想されるのはこのためです。 石油やその他の化石燃料は、人間にとって食料と同じように経済にとって不可欠です。

図 1 は、米国政府の資金不足のほとんどが、原油価格がインフレ調整後の価格で 1 バレルあたり 20 ドルを超えたときに発生したことを示しています。 2008 年から 2022 年までの 15 年間、米国政府の支出は収入を 26% 上回りました。

図 2 は、インフレ調整後の年間平均原油価格の参考図を示しています。

現在、原油価格が高くなる傾向にあるのは、採掘コストの安い原油がほとんど採掘されてしまっているためです。 残るのは抽出に高価な石油です。 1998 年前後の低価格は、1997 年のアジア経済危機後の需要と供給の不一致を反映しています。イラク、ベネズエラ、カナダ、メキシコで生産が増加すると同時に、危機により需要が抑制されました。

[2] 経済学者は、石油不足により化石燃料の価格が大幅に上昇し、それによって再生可能エネルギーが相対的に安価になると考える傾向があります。 これが起こらない理由の 1 つは、図 1 に示されているように、原油価格が高いときの債務の増​​大に関係しています。

セクション [1] は、原油価格の高騰が政府の赤字と関連しているようであることを示しています。 石油の高価な代替品には、ほぼ確実に同様の問題が発生するでしょう。 この政府債務は蓄積する傾向があり、ある時点でほとんど管理不能になります。

インフレが起こると大きな問題が発生します。 中央銀行は、インフレ経済下で貸し手の融資意欲を維持するため、またインフレ率の低下を図るために、金利を引き上げる必要性を感じています。 実際、米国は現在、2022 年 1 月頃から始まるこのような債務の増大と金利上昇によって試されています (図 3)。

金利の上昇は経済を減速させる傾向があります。 経済が減速する理由の一つは、借入コストの上昇です。 その結果、企業が拡大する可能性は低くなり、自動車所有者を目指す人は、月々の支払額が高くなるために新規購入を先延ばしにする可能性が高くなります。 建物の所有者が、住宅ローン金利の上昇や他の種類のコストの上昇に対応できるだけ早く家賃を引き上げることが不可能であると判断した場合、商業用不動産も金利上昇によって悪影響を受ける可能性があります。

[3] 金利の上昇に応じて経済がどのように縮小するかは正確には不確実です。 経済が縮小するいくつかの方法は、化石燃料の採掘と再生可能エネルギーの製造の両方を早期に終了させる可能性があります。 これはモデルには反映されません。

経済が縮小した場合、考えられる結果の 1 つは、原油価格の下落による景気後退です。 これでは、特にすべてのバッテリーと追加の送電線のコストが含まれる場合、風力発電と太陽光発電のコストが容認できないほど高くなるという問題が解決されないことは明らかです。 ある意味、巨額の債務上昇スパイラルを止めるには、原油価格を1バレル当たり20ドル以下にする必要がある。

もう一つの可能​​性は、米国経済全体が縮小するのではなく、米国政府が不釣り合いに縮小するということである。 おそらく多くのプログラムが州に送り返されることになるだろう。 このようなシナリオでは、再生可能エネルギーへの資金は増加するのではなく、減少する可能性があります。 テキサス州の共和党議員が、同地で使用されている高レベルの風力発電と太陽光発電にすでに不満を抱いていることは理解しています。

3番目の可能性は、政府がシステム全体、特に銀行や年金制度の破綻を防ぐためにさらに資金を追加しようとするハイパーインフレです。 ハイパーインフレになっても、再生可能エネルギーには特にメリットはありません。

4番目の可能性は、米国と他国の貿易関係の混乱です。 これは新世界大戦に関連している可能性さえあります。 今日の化石燃料と同様に、再生可能エネルギーは世界的な供給ラインに依存しています。 電力網の構築と維持には、世界規模の供給ラインも必要です。 これらの供給ラインが壊れると、システムのすべての部分を維持することが困難になります。 嵐の後のインフラの代替には問題が生じるだろう。 再生可能エネルギーは化石燃料よりも長くは続かない可能性があります。

[4] 経済学者は、石油価格と一般的なエネルギー価格は、生産者が利益を上げるのに十分な高さと、消費者がそのエネルギー製品で作られた最終製品を購入できるほど十分に低い価格の両方が必要であるという事実を見逃しがちです。 この双方向の綱引きにより、石油価格はほとんどの経済学者が予想するよりも低く抑えられる傾向があり、間接的に採掘できる石油の総量に上限を設けることになる。

図 [2] は、年平均ベースで、インフレ調整後のブレント原油価格が 1 バレルあたり 120 ドルを超えたのは 2011 年、2012 年、2013 年だけであることを示しています。それ以来、年ベースで原油価格がそのレベルを超えたことはありません。 しばらくの間、原油価格が 2014 米ドルで 1 バレルあたり 300 ドルに達するという予測が外部の可能性として示されていました (図 4)。

さらに10年近くの経験を経て、原油価格の高騰はあまり「定着」しないことが明らかになった。 その後、経済が景気後退に陥るか、その他の不利な出来事が起こり、原油価格は再び下落します。 化石燃料の上限価格が比較的低いため、利用可能な資源量のほとんどの分析が示唆するよりもはるかに早期に化石燃料採掘が終了する傾向があります。

OPEC+は価格が低すぎるため、供給を減らす傾向がある。 シェール層から石油（図4のタイトオイル）を採掘する米国の掘削業者は、原油価格がさらなる投資を正当化できるほど高くないため、掘削リグの数を削減している。 政治家は有権者がインフレを嫌っていることを知っているので、化石燃料の価格を抑えるための措置を講じます。 これらすべてのアプローチは原油価格を低く抑え、間接的に生産量に上限を設ける傾向にある。

[5] エネルギー投資収益率 (EROEI) 分析は、一部の人々が現在検討しているような、風力や太陽光の大規模な拡大の状況を分析するように設計されたものではありません。 この目的に利用された場合、再生可能エネルギーについてあまりにも楽観的な見通しが得られることになります。

EROEI 計算では、システムのエネルギー出力とシステムのエネルギー入力を比較します。 比率が高いことは良いことです。 比率が低いと問題になる傾向があります。 冒頭で述べたように、公表されている風力と太陽光の EROEI は、あたかも発電のほんの一部であるかのように作成されています。 他の種類の発電は、たとえそうすることで自身の収益性に悪影響を及ぼすとしても、基本的に風力と太陽光のバランス調整サービスを無料で提供できると想定されています。

Murphy らによる最近の総説論文。 風力と太陽光は、使用時点で石炭や天然ガスに比べて有利な EROEI を持っていることを示しているようです。 私は、再生可能エネルギーの規模拡大の実現可能性に関して、これらの有利な EROEI が実際にはあまり意味を持たないと考えています。その理由は次のとおりです。

[a] 風力発電や太陽光発電に一般的に使用されている価格体系は、他の形式の発電を駆逐する傾向があります。風力と太陽光が利用されているほとんどの場所では、風力と太陽光の出力が送電網で優先され、他のプロバイダーに支払われる卸売価格が歪められます。 風力発電や太陽光発電が大量に利用可能な場合、風力発電や太陽光発電には通常の電力卸売価格が支払われますが、他の電力会社には非常に低い卸売価格またはマイナスの卸売価格が与えられます。 これらの低価格により、他のプロバイダーは生産量の削減を余儀なくされ、投資から適切な収益を得ることが困難になっています。

このアプローチは他の電力会社にとって不公平です。 コストのほとんどが固定されているため、原子力にとっては特に不公平です。 さらに、ほとんどの発電所では、発電量を簡単に増減させることはできません。 フィンランドで最近開業した原子力発電所（開業計画から14年遅れた）では、すでにマイナスの卸電力料金の問題が発生しており、そのために発電量を削減している。

過去のデータは、風力、太陽光、原子力が実際に発電量を増やしている場合、風力、太陽光、原子力の寄与を合計しても、必ずしも人々が期待するほど増加するわけではないことを示しています。 特にヨーロッパでは、風力と太陽光の利用可能性が原子力発電所を閉鎖する口実として利用されているようだ。 この価格設定制度が利用されると、原子力エネルギーを生成する発電所は損失を被る傾向があり、発電所の所有者に発電所の閉鎖を促すことになります。

米国は原子力発電所の閉鎖を防ぐため、原子力発電所に補助金を支給してきた。 ある電力形態が補助金、たとえ先行する補助金を獲得すると、他の電力形態は競争するために補助金が必要になるようです。

[b] エネルギー供給に占める割合は小さい。図 5 に基づくと、風力、太陽光、原子力の合計は世界の総エネルギー供給量の約 6.1% にすぎません。 世界のエネルギー消費量に関する IEA のグラフ (図 6) には、風力発電と太陽光発電が個別に示されていません。 代わりに、それらはチャートの上部にある細いオレンジ色の「その他」線の一部です。 核は天然ガスの上の濃い緑色の線です。

現在、風力と太陽光の割合がごくわずかであることを考えると、これらの燃料とその他の燃料を増やして、他のすべてのエネルギー供給を置き換えるのは、驚くほど大規模な作業になるように思えます。 実際、経済も崩壊せずにはエネルギー消費を大幅に削減できないという点で人間とよく似ているが、今日の経済のような経済が遠く離れたところにあることを期待するのであれば、世界経済が消費するエネルギー量を大幅に削減することは選択肢ではない。

[c] 今日の農業には石油の使用が必要です。 農業を電気による運営に変えるのは大事業です。今日の農業機械はほとんどがディーゼルで駆動されています。 食料は石油を動力とするトラック、ボート、飛行機で市場に輸送されます。 農業で使用される除草剤や殺虫剤は石油を原料とした製品です。 食料の生産と流通に使用されるエネルギーシステムを石油から電気に変換する簡単な方法はありません。

少なくとも、食料生産システム全体をモデル化する必要があります。 このような変化を可能にするためにはどのような発明が必要でしょうか? 変身にはどんな素材が必要になるのでしょうか？ これらすべての材料はどこから来たのでしょうか? この変革に資金を提供するにはどれくらいの借金が必要になるでしょうか?

EROEI 計算で主張できる唯一のことは、もしそのようなシステムを導入できるかどうか、そのシステムを運用するために使用される化石燃料の量そうかもしれない低い。 必要な変換の圧倒的な複雑さはモデル化されていないため、そのエネルギー コストは EROEI の計算から省略されています。 これは、計算された EROEI が誤解を招くほど楽観的である 1 つの方法です。

[d] EROEI の計算には、必要になるまでの電力の貯蔵に関連するエネルギー使用量は含まれません。太陽エネルギーは夏に最も利用可能です。 したがって、太陽光発電の最もよく似た用途は、夏場のエアコンへの電力供給です。 このアプリケーションでも、日没後もエアコンは作動し続けるため、システムが正常に動作するには数時間分のバッテリーの蓄電が必要です。 また、仕事から帰ってきた人は家族のために夕食を作る必要があり、それには電気がかかります。 蓄電に関連するエネルギーコストは、マーフィー分析などの公表された概要に示される EROEI には反映されていません。

エアコンよりもはるかに重要なニーズは、冬に家やオフィスを暖めるための熱エネルギーの必要性です。 外が寒いときは、風力も太陽光も電気を供給することはできません。 回避策の 1 つは、必要なときに再生可能エネルギー源が十分な電力を生成できる可能性が高くなるように、システムを大幅に過剰構築することです。 バッテリーを使用して数日間の保存を追加することも役立ちます。 別のアプローチは、余剰電力を使用して水素やメタノールなどの液体を生成することにより、間接的に余剰電力を蓄えることです。 繰り返しますが、これらすべてが複雑になります。 小規模で試して、システム全体の実際のコストを決定する必要があります。

システムを過剰構築する必要性とストレージを提供する必要性は両方とも、EROEI の計算から除外されます。 これらは、EROEI 計算が風力と太陽光の価値について過度に楽観的な見方を提供するもう 1 つの方法です。

[e] 長距離旅行。私たちは石油製品を船、飛行機、トラック、電車などで長距離輸送します。 電気やある種の「グリーン燃料」を使用するように変更を加える場合、これは、必要な発明、必要な材料、変更によって生じる負債など、変更全体の実現可能性を計画する必要がある別の領域です。伴う。 どのくらいの期間が必要ですか? 2050 年までに変革を達成できる可能性はあるでしょうか? 私はそれを疑う。

すべての輸送手段をグリーン エネルギーに変換することは、上記の [5c] で議論した、食料システムを石油から電気に変換する必要があることとよく似ています。 非常に複雑な作業が伴いますが、この複雑さの追加によるエネルギーコストは EROEI の計算から除外されています。 これは、再生可能エネルギーに対する EROEI 表示の誤解を招く性質をさらに強めます。

[f] おそらくデュアル システムが必要です。たとえ風力や太陽光の発電量を増やすことが理にかなっているとしても、今日化石燃料で作られている多くの製品の必要性は依然として存在するでしょう。 化石燃料は道路の舗装や機械の潤滑に使用されます。 除草剤、殺虫剤、医薬品は多くの場合化石燃料から作られています。 天然ガスはアンモニア肥料の製造によく使用されます。 布地や建築資材は化石燃料を使用して作られることがよくあります。

したがって、化石燃料と電力の両方を含む二重システムが必要になることはほぼ確実です。 このような二重システムでは非効率が生じる可能性があります。 風力や太陽光などの断続的な再生可能エネルギーが経済の主要な部分を占める場合、この非効率性をあらゆるモデルの一部として含める必要があり、EROEI の計算に反映する必要があります。

[g]「再生可能」デバイス自体はリサイクル可能ではありません。その代わりに、廃棄物処理の問題が生じます。 ソーラーパネルは特に有毒廃棄物の問題を引き起こします。 リサイクルがあまり行われないと、さまざまな種類の鉱物を抽出して世界中に輸送する必要が長期的に存在します。 これらの問題はモデリングでは考慮されません。

[6] 再生可能エネルギーがシステムにとって本当に役立つものであるためには、その利益に高率で課税できるほど収益性が高い必要があります。 さらに、再投資のために十分な資金を残しておかなければなりません。 これが起こっていないという事実は、再生可能エネルギーが経済にとって真の意味で役に立っていないことを示しています。

経済を動かすためにエネルギー源からの「余剰エネルギー」の必要性について語る人もいます。 私は、この余剰エネルギーを、かなり高い税率で課税できる収入を生み出すあらゆるエネルギー源の能力と結びつけます。 実際、私は 2021 年 9 月 7 日に国際生物物理経済学会で、「持続可能であるためには、グリーン エネルギーが適切な課税対象収入を生成する必要がある」と題した講演を行いました。

政府に譲渡できる余剰エネルギーの必要性は、この投稿のセクション [1] で述べた、原油価格が 1 バレルあたり約 20 ドルを超えると発生する債務問題と密接に関係しています。 再生可能エネルギーが経済に役立つためには、すべての貯蔵を含めて本当に安価でなければなりません。 補助金なしで国民が手頃な価格でなければなりません。 再生可能エネルギーが高い税金を支払えるほどの利益を生み出すようなコスト構造でなければなりません。 残念ながら、今日の再生可能エネルギーは米国経済にとって高すぎることは明らかです。

[7] 実体経済では、新しいアプローチが利益をもたらすことが判明し、必要な要素がすべて利用可能であることが判明するにつれて、経済は少しずつ構築されていきます。 EROEI モデルはこのプロセスを短縮しますが、誤解を招きやすい可能性があります。

投資したエネルギーに対するエネルギー収益率の概念は、生物学の分野で長年使用されてきました。 たとえば、魚が食べる餌から得られるエネルギーと、その餌を調達するために泳いで消費するエネルギーを比較できます。 魚は、泳いで消費するエネルギーをカバーできるだけの十分なエネルギー値を、食べる餌から得る必要があり、さらに、生殖を含む他の身体機能のための余裕も必要です。

チャールズ・ホール教授（そしておそらく他の教授）は、さまざまなエネルギー「抽出」（広義の）技術を比較するためにこの概念を応用しました。 最近の研究者は、ユーザーへの配送にかかるエネルギーコストを含めて計算を拡張しようと試みています。

EROEI の生物学的概念をエネルギー抽出に関連するさまざまなプロセスに適応させると、ある点ではうまくいきますが、別の点ではうまくいきません。 この適応は明らかに、収穫逓減を教えるためのツールとして機能します。 これは、油井同士を比較したり、ソーラー パネルを他のソーラー パネルと比較したりするための合理的な情報を提供します。 しかし、私は、エネルギータイプ間の EROEI 比較がまったくうまく機能するとは思いません。

問題の 1 つは、エネルギーの種類によって販売価格に大きな差があることです。 これらは EROEI の計算では無視されるため、高価な種類のエネルギー (石油など) を使用して、価値の低い種類の出力 (風力タービンやソーラー パネルからの断続的な電力) を生成することが可能であるように見えます。 代わりに、義務や補助金（先手先手補助金を含む）なしで収益性の計算を行った場合、どの程度の利益が得られるかが明らかになるでしょう。

もう 1 つの問題は、風力と太陽光の断続によりシステムに莫大なコストがかかることですが、これらは EROEI の計算では無視されます。 （この状況は、雇用主が希望するスケジュールで労働するのではなく、労働者が自分のスケジュールに従って出勤および退社するのと似ています。） EROEI の計算では、通常、化石燃料システムが稼働することによって無料のバランスサービスを提供すると仮定します。発電システムが非効率的な方法で行われているのです。 実際、これは前に引用したマーフィーの論文で行われた仮定です。

Graham Palmer による分析では、バッテリ バックアップの追加による高いエネルギー コストに関する洞察が得られます (図 7)。

図 7 で、パーマー氏は、ソーラー パネルとバッテリー バックアップを使用するオーストラリアの特定のオフグリッド住宅に対するエネルギー投資とエネルギー回収のパターンを示しています。 彼のジグザグ チャートは、相殺される 2 つの影響を反映しています。

(a) 当初は、ソーラー パネルと最初のバッテリー セットの両方にエネルギー投資が必要でした。 この分析のソーラーパネルは 30 年間持続しますが、バッテリーは 7.5 年間しか持続しません。 その結果、期間中にさらに 3 回、新しいバッテリーに投資する必要があります。

(b) ソーラーパネルは徐々にしか回収できません。

パーマーは、システムが 20 年間にわたってエネルギー不足状態 (エネルギー出力とエネルギー入力のみを考慮) に陥ることを発見しました。 30 年が経過した時点で、統合システムが回収できるエネルギーは、システムに投資したエネルギーの 1.3 倍にすぎません。 これは信じられないほど悪い見返りです。 EROEI 愛好家は通常、10 以上の見返りを求めます。 分析の対象となったソーラーパネルは、9.4 というこの目標レベルに近かった。 しかし、バッテリーバックアップに必要なエネルギーにより、EROEI は 1.3 に低下しました。

パーマー氏の分析は、風力発電と太陽光発電のもう一つの問題点を指摘しています。それは、エネルギーの回収が非常に遅いということです。 化石燃料を燃やせば、経済はすぐに元が取れます。 風力タービンやソーラーパネルを製造する場合、「エネルギー負債」と呼ばれる状態がはるかに長い期間発生します。 EROEI の計算は都合よく利息を無視しており、やはり状況を実際よりも良く見せています。 借金の増加も無視されます。

したがって、電力に重点を置いたエネルギーシステムに移行する場合、再生可能エネルギーの規模を拡大するという問題がなくても、EROEI の計算は、断続的な再生可能エネルギーが実際よりもはるかに実現可能であるように見えるように設定されています。 「エネルギー回収期間」も同様の指標であり、同様のバイアスがあります。

これらの指標が誤解を招くという事実を認識するのは困難です。 非常に安価な化石燃料は、社会的利益の観点から、事実上即座にそのコストを何倍にも回収します。 風力タービンとソーラーパネルは、断続的な電力では今日の経済のような経済を支えることができないため、見返りを得るには化石燃料システムの寛大さに依存しています。 それでも、回収できるのは数年後です。

風力と太陽光を利用した電力の規模拡大の実現可能性を分析する唯一の本当の方法は、補助金なしで非常に収益性が高いかどうかを検討することなのではないかと思います。 もしそうなら、彼らに高額の税金が課せられ、政府債務問題を終わらせることができるでしょう。 風力と太陽光が毎年のように補助金や義務を必要としているという事実を見れば、それらが解決策ではないことは明らかでしょう。

ゲイル・トヴェルベリ著

Oilprice.com のその他のトップ記事:

OilPrice.com でこの記事を読む

この記事は元々 Oilprice.com に掲載されました