太陽能、風能、潮汐能等清潔能源真的節能嗎？

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這些新清潔能源似乎只有在使用的階段才節能，而建造這些設備，處理並分解這些設備所需的能源似乎是巨大的。那麼從建造直到最後處理的過程，這些清潔能源真的可以節能嗎？最好請使用數據分析。（苦於找不到具體數據）謝謝各位大牛!
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本題已收入知乎圓桌 ? 「能」見蔚藍，歡迎關注討論~

不「節能」，至於是否「減排」，留給博士們了。

（2015年4月2日，葉子莊園原創於知乎）

（題主說數據難找，我這裡倒是有一些數據，但是時間關係就不整理了，抱歉。這隻說一下觀點，有不對的大家共同探討。）

（另外，下文是從國家和社會角度去思考的。如果只是考慮設備的「回收期」，是從單個用能者的角度去思考的。設備「回收期」，在排除了國家補貼的因素後，比較的就是單位能源的傳統設備成本和新設備的全生命周期成本）

「不節能」，意思是，這些只是改變了能源的來源，沒有減少能耗的消耗。所以應該叫「新能源」或者「減排」，但是不能叫「節能」

潮汐能和風能都是來自太陽能，化石能源來自於很長一段時間的太陽能（外加一些地熱和萬有引力）。基本上所有的能源都來自於太陽，少部分來自於地熱。所以用哪種形式對是一樣的，只要能源消耗量不變，就沒有節能。

使用這些新能源只是節省了「化石能源」，意義是減少二氧化碳的排放。之所以能減少二氧化碳的排放，本質是避免了以往很久的太陽能在短時間內釋放，給地球造成的壓力。

但是太陽能的功率並不高，無法滿足現代人類的能耗需求，就算利用風能回收了空氣吸收的太陽能，利用潮汐能回收了海水吸收的太陽能，利用光電池攔截了大地要吸收的太陽能。所以人類必然要釋放以往的太陽能，除非利用核能。

所謂「節能」，唯一的辦法是降低能耗總量，或者降低能耗需求，或者提升單位能源的產出。比如電熱廠發電效率的增加，各種設備的效率的增加（比如節能燈，汽車發動機效率，空調EER等），建築保溫減少的採暖能耗，隨手關燈，用車的減少等。

當然，題主問的不是這個。題主想問的是這些設備「全生命周期評價」，即：「這些設備從造出來到損壞這段時間，從環境中收集的能量所減少的碳排放，能否覆蓋掉製造這些設備的碳排放」

這個問題的研究有第1個誤區，就是一些人研究「這些設備從環境中收集的能量，能否覆蓋掉製造這些設備的消耗的能量」

簡而言之，無論從哪裡來，本來人類消耗的能源是不變的。而製造了這些設備，又額外的消耗了能源。所以人類的總能源消耗是必然增加的：

總能耗 = 人類活動總能耗 + 製造設備能耗

但是，用這些設備提供的能源是不排放碳的，使用了這些設備後，原來的一部分能耗不用排碳了，但是製造這些設備還要排碳，所以要比較的是二者排碳的關係：

總排碳 = 人類活動總排碳 - 新能源減少的排碳 + 製造新能源設備的排碳

看似正確了，繞過了第1個誤區的人還在沾沾自喜，沒想到大部分的研究者掉到了上面的第2個誤區：

在減少了傳統能源的消耗的時候，不但有製造這些新設備要新增排碳，減少的傳統能源也會減少傳統能源設備的製造，這部分碳的減少也要考慮。

總排碳 = 人類活動總排碳 - 新能源減少的排碳 + 製造新能源設備的排碳 - 少生產傳統設備減少的排碳

看到這裡，希望那些認為「新能源在全生命周期上並不節能」的學者檢查一下自己的計算是否有誤。（這種觀點在中國節能研究學術界是主流觀點，是的，你沒看錯）

看到這裡，好似終於沒有掉入陷阱，可以鬆一口氣了。但是，布置陷阱的最高境界就在於此，當你正想美美的休息一會兒時，卻發現，你躲藏的最安全的地方，周圍是高高的水泥牆，上面是密布的鐵絲網。沒錯，這最安全的地方，就是最後的陷阱。而剩下的幾乎所有研究者，都掉了上面最後的陷阱。

因為，經濟學應該比較的不是絕對成本，而是機會成本。

而那百年前的爭論，到底是革命還是改良，大抵如此。

這個問題提出來有一段時間了，之前感覺無力答這道題，最近一直思考，想用一種最好理解最簡單的方法解釋一下這個提問的本質。估計過這麼久也沒人關注了，就當寫一篇日記好了。

就新能源本身來說，她是節能的。每一種能源利用方式都有自己的能量產率，定義是：生命周期內產生的能量/系統製造所消耗的能量。能量產率收當地氣候條件，能源質量，地理位置等因素影響。例如：20年屋頂併網光伏的能量產率，北歐為4，而澳大利亞則可達7。兩者都可稱節能，效果又有不同。平均來說，20年規模光伏電廠能量產率約20左右，20年規模風力電廠的能量產率甚至能大於80。

但是問題是，我們需要清潔能源的目的是為了清潔，是為了有朝一日替代傳統化石能源。問清潔能源是否能夠節能，是看她能中和多少傳統能源消耗。

得到最基本思路公式：

±節能=總能源消費-總可持續能源生產

一年的總可持續能源產值可以計算出全國人每天可利用清潔能源，時間節點：2014，單位：千瓦時，人口：13億

總：風電1500億為每人每天：1500億 /（13億人x365天）= 0.32

總：光伏250億為每人每天；250 /（13億人x365天）= 0.053

總：生物質+地熱能350億（我嚴重懷疑這個數值的真實性）

為每人每天；350 /（13億人x365天）= 0.074

總：水電10000億為每人每天；10000 /（13億人x365天）=2.11

光熱忽略、潮汐無、波浪無、深海風能無

∑=2.52千瓦時/天

現在來看總能源消費，大體包括汽車、飛機、供暖製冷、照明、家電、農作食品、五金日用物品、運輸等等等等等。這裡供暖製冷照明家電都很好理解了，無非是用了多少電。解釋一下汽車飛機物品等這一類。

汽車每天消耗能量=每天行駛距離 / 每單位燃料行駛距離 x 每單位燃料能量

以最普通的全新小汽車為例，每天行駛5公里，每公里8個油≈每升一公里，燒汽油≈每升10千瓦時，1天，那麼可計算得：

汽車每天消耗能量=50÷12x10=40 千瓦時/ 天

2014全國汽車保有量1.5億，可持續能源生產是按13億人計算的，那麼1.5億算是10分之一的時候，汽車每天消耗量粗略為 4千瓦時/天。

把總能源消耗都算出來夠寫一本書了，不贅述，直接上結論：清潔能源雖節能，但對於（中國）國家層面基本沒有發揮出重大的節能、清潔意義。

太陽能/風能發電與火電哪個更環保，是目前環保界爭議許久的問題。國內外文獻得出的結論可能不一樣。我給不了直接結論，只能從環保角度講這問題：

一、廣域的環保

乍一看，太陽能/風能發電應該是比火電更環保的生產方式。但該結論忽略了一個問題：太陽能所需的機組設備（尤其是單晶硅、多昌硅或非晶硅電池)、風能生產中需要的機組設備（如葉片、支架）的生產過程同樣需要投入能源、同樣會污染環境。

所以環保界提出了一個生命周期（Lify cycle）的思想來分析這問題。生命周期評價(Life-cycle assessment ，簡稱LCA)是從原材料採掘到廢棄物最終處理的全過程進行的定量分析。具體定義詳見Life-cycle assessment，我不再贅述。

以多晶硅太陽能發電為例，要考慮三個方面：

1、考慮發電本身污染，這種污染除了雜訊外，比較少。

2、還要考慮到基建的污染（如鋼筋水泥）、上游原料(多晶硅)生產過程污染。多晶硅生產過程還要追溯到上游工業硅生產、電能生產等等，工業硅還要追溯到上游硅石開採，電能生產要追溯到上游煤炭生產。鋼筋、水泥等同理。

3、還要考慮廢棄階段對多晶硅電池板處理處置，造成的污染。

風能發電、火電同理如此追溯。

通過一整套複雜的計算，從溫室效應、酸雨效應、光化學煙霧效應、生態毒性等角度得出生產1度電，採用太陽能/風能發電或火電的區別。

國內外有論文比較兩者，但很多論文是不負責任的，結論都是「風能比火電清潔」或者「火電比風能清潔」。

太陽能/風能是否比火電清潔，要靠兩個因素：1、能源轉化率。能源轉化率越高，更有可能比火電清潔；2、使用周期。使用周期越長，更有可能比火電清潔。正確的結論應該是這樣：太陽能/風能發電使用周期大道x年後，比火電清潔，否則火電清潔。

二、局域的環保

生命周期評價是一個很好的思路，但他立足於廣域全球，在評價環保問題還得考慮局域因素。

例如排放1t SO2在空氣清潔的地方、在空氣超標的地方造成的影響是完全不同的。

你通過上述LCA計算得太陽能發電比火電更清潔，但你的工業硅可能在一個嚴重超標的地方生產的，SO2、NOx、粉塵的排放量過大，會造成當地環境超標。這可能又是另一個結論了。

談一個類似的問題，我們不難得出電力車比燃油內燃機車環保。

因為

從LCA角度講

1、燃油內燃機用汽油（汽油追溯到石油），電力車用電（電追溯到煤），煤是比石油豐富的原料。

2、燃油內燃機車能量利用率低14～30%，電力車利用率高，追溯到上游發電鍋爐上，煤轉化成電利用率也很高。

3、燃油內燃機車排放的SO2、NOx、PM2.5、碳氫化合物等是直排，而鍋爐可以進行脫硫、脫硝、除塵、脫汞等一系列處理，行走相同路程排放量也低。

局域角度講

通常情況下，燃油內燃機車排放的污染物將作為低矮源排放向公路兩側，造成城市污染；而鍋爐一般建在郊區、農村，且作為高排放源排放，造成污染也小。

很多情況下咱們可以下這樣結論。

但如果是下述極端場景呢？我的車在人口稀疏的地方開，但我去充電所充的電卻是一個超標嚴重的郊區鍋爐發的。那評價結果又如何？

綜上，在中國要討論太陽能/風能發電與火力發電哪個更科學，要考慮兩方面：一是立足於國內生產真實情況，建立國內資料庫，進行廣域的LCA分析。由於國內工業硅等鐵合金行業有大量粗放型作坊式生產，有些廢氣連除塵器都沒有，更何況餘熱發電，將會導致大量的SO2、NOx、粉塵排放進空氣。可能從LCA角度講不見得太陽能好到哪裡去；二是我們還要進行局域環境分析。

這種高付出的研究當然需要博士們來完成了。

自己去這些個網站找吧資料吧

? Ecoinvent Data: contains about 2500items – The Swiss Centre for Life Cycle Inventories has combined Ecoinvent Data: contains about 2500items The Swiss Centre for Life Cycle Inventories has combined and extended different Swiss LCI Databases in the Ecoinvent 2000 project. The sets of LCI data include the areas of energy, transportation, waste disposal , constructions, chemicals, detergents, papers and agriculture, which is valid for Swiss and east European conditions.

? IVAM LCA Data : contains 1350 items and consists of 1350 processes, leading to more than 350

materials.The database is maintained by IVAM which is the environmental research , training and consultancy firm of the Universiteit van Amsterdam, in environmental aspects of materials.

? SPINE@CPM: contains about 500 items – It is the Swedish national LCI Database that includes

information about energy, transportation, materials and is quality reviewed. It is maintained by the Centre for Environmental Assessment of Product and Material System (CPM) at Chalmers University of Technology.

The European Platform on Life Cycle Assessment has the purpose of supporting business and public authorities towards sustainable production and consumption ( http:/ /lct. j rc.ec.euro p a.eu /)

? European Life Cycle Database (ELCD): provides reference LCI data on emissions and

resources used for selected materials, energy carriers, transport and waste management.

These data are representative of the European market and are regularly needed to conduct

LCAs. As far as possible, the data are provided or approve d by European business

associations.

? LCA resources directory : eases the access to information including tools databases and

service providers in the LCA area on a global basis, that can be used for an LCA analysis.

? LCT Forum mailing list: discussion Forum that facilitate knowledge exchange. It is open to

all to ask technical questions on LCA and related applications like Eco-Design, Eco-Labels,

Carbon Footprints and to announce LCA conferences and open positions.

在日本電力中央研究所的報告里找了下面這張圖。不同來源全周期的碳排放密度，單位是每度電消耗的二氧化碳克數。淺色部分是燃料消耗，藍色部分是設備或操作消耗。

煤電最高，水電最低。

沒有細看他們怎麼算的，但毫無疑問，全周期算下來，太陽能，風能，核能等非化石能源在減少碳排放這方面是完爆煤，油，天然氣等化石能源的。

可惜這些新能源在中國還沒有根本上的起來，很多都是停留在理論

太陽能電池板不清潔高耗能

現在新能源都是靠補貼活著的

還是很有可能的，美國已經出現了一種太陽能透明玻璃發電技術，以後建築物外層全部覆蓋這種玻璃，基本上日常用電能自己自足。以後風箏發電有可能取代風電葉片，因為這種發電能取到高空中的風力，克服了低空風速低的問題，成本極低，只有通常發電成本的幾十分之一，所以有很大的前途。最後關於潮汐發電，美國也出現了一種新的技術，浮筒式發電裝置，利用波浪帶動摁入水中的空筒克服重力做功，據說效率很高，一座裝置可以二十四小時不停運轉，滿足幾千個家庭一年用電。

節不節能看你是怎麼看咯，相對於現在的其他能源感覺是節能可是卻未必。

看投資回報率！要是投入一個億，用一年，那還不如燒煤呢~

可再生能源，通常也叫一次能源，即可以不斷再生、永續利用，從自然界直接可以獲取的能源。

一般而言，需要計算投資回報年限。拿太陽能熱水系統為例，建設整個太陽能熱水系統需要花多少錢，系統建成以後能達到的節能效果，這裡太陽能熱水的直接作用就是節約用電。把節約用電省下的錢與初投資進行對比，就知道多久能收回初投資的成本。剩下的就是清潔能源帶來的節能效果了。當然要考慮運營成本的比重，這個問題比較複雜。這裡舉一個簡單的例子（不考慮運營成本的前提）。設置200平方米的太陽能集熱板，系統造價約為23.7萬元，與電熱水器相比年可節約用電23萬KWh，與燃氣熱水器相比年可節約燃氣2.5萬立方米，電費以0.6元一度計算，天然氣以2.45元一個立方計算，那麼與電熱水器相比，太陽能熱水器一年能省的23萬KWh*0.6=138000元，那麼相較23.7萬元的初投資，大概2年就能省下來。同理相較燃氣熱水器大概4年能收回成本。也就是說過了這個期限，就是開始實實在在享受收益了。但是國內的實際情況是運營會比較混亂，然而一般大的系統運營部分是比設計更有節能效果的，加之產品優劣不齊，後期的費用都加上的話這個年限會更長。

江湖兒女，不拘小節。大概就是這麼個情況，計算的比較粗劣，不要太在意細節。