Мировое энергоснабжение и потребление относится к мировому энергоснабжению и его потреблению . Система мирового энергоснабжения состоит из разработки , переработки и торговли энергией. Энергетические поставки могут существовать в различных формах, таких как сырьевые ресурсы или более переработанные и очищенные формы энергии. Сырые энергетические ресурсы включают, например , уголь , необработанную нефть и газ , уран . Для сравнения, очищенные формы энергии включают, например, очищенную нефть, которая становится топливом и электричеством . Энергетические ресурсы могут использоваться различными способами, в зависимости от конкретного ресурса (например, угля) и предполагаемого конечного использования (промышленность, жилье и т. д.). Производство и потребление энергии играют важную роль в мировой экономике . Она необходима в промышленности и мировом транспорте . Общая цепочка поставок энергии, от производства до конечного потребления, включает в себя множество видов деятельности, которые приводят к потере полезной энергии . [3]
По состоянию на 2022 год потребление энергии по-прежнему составляет около 80% от ископаемого топлива. [4] Страны Персидского залива и Россия являются крупными экспортерами энергии. Их клиентами являются, например, Европейский союз и Китай , которые не производят достаточно энергии в своих странах, чтобы удовлетворить свой спрос на энергию. Общее потребление энергии имеет тенденцию увеличиваться примерно на 1–2% в год. [5] В последнее время возобновляемая энергия быстро растет, в среднем увеличиваясь примерно на 20% в год в 2010-х годах. [6] [7]
Две основные проблемы, связанные с производством и потреблением энергии, — это выбросы парниковых газов и загрязнение окружающей среды . Из примерно 50 миллиардов тонн общемировых ежегодных выбросов парниковых газов [8] 36 миллиардов тонн углекислого газа были результатом использования энергии (почти все из ископаемого топлива) в 2021 году. [9] Было предусмотрено множество сценариев сокращения выбросов парниковых газов, обычно называемых чистыми нулевыми выбросами .
Существует четкая связь между потреблением энергии на душу населения и ВВП на душу населения. [10]
Значительный дефицит энергоносителей называется энергетическим кризисом .
Первичная энергия относится к первой встречающейся форме энергии, то есть к сырым ресурсам, полученным непосредственно в процессе производства энергии, до того, как произойдет какое-либо преобразование или трансформация энергии.
Производство энергии обычно классифицируется как:
Оценка первичной энергии МЭА следует определенным правилам [примечание 1] для облегчения измерения различных видов энергии. Эти правила являются спорными. Энергия потока воды и воздуха, которая приводит в действие гидро- и ветровые турбины, и солнечный свет, который питает солнечные панели, не принимаются в качестве ПЭ, которая устанавливается на уровне произведенной электроэнергии. Но ископаемая и ядерная энергия устанавливаются на уровне тепла реакции, которое примерно в три раза больше электроэнергии. Эта разница в измерениях может привести к недооценке экономического вклада возобновляемой энергии. [13]
Enerdata отображает данные по «Общей энергии/производству: уголь, нефть, газ, биомасса, тепло и электричество» и по «Возобновляемые источники энергии/% в производстве электроэнергии: возобновляемые источники энергии, невозобновляемые источники энергии». [4]
В таблице перечислены мировые показатели PE и страны, производящие большую часть (76%) этого показателя в 2021 году, согласно Enerdata. Суммы округлены и указаны в миллионах тонн нефтяного эквивалента в год (1 Мтнэ = 11,63 ТВт·ч (41,9 петаджоулей ), где 1 ТВт·ч = 10 9 кВт·ч) и % от общего количества. Возобновляемая энергия — это биомасса плюс тепло плюс возобновляемый процент производства электроэнергии (гидро, ветровая, солнечная). Ядерная энергия — это невозобновляемый процент производства электроэнергии. Вышеупомянутая недооценка гидро, ветровой и солнечной энергии по сравнению с ядерной и ископаемой энергией применима и к Enerdata.
Общий объем мирового производства энергии в 2021 году составит 14 800 МТЭ, что соответствует чуть более 172 ПВт·ч/год или около 19,6 ТВт выработки электроэнергии.
Энергетические ресурсы должны быть обработаны, чтобы сделать их пригодными для конечного потребления. Например, в сыром угле, добытом из нефтяной скважины, могут быть различные примеси, которые могут сделать их непригодными для сжигания на электростанции.
Первичная энергия преобразуется многими способами в энергоносители , также известные как вторичная энергия: [16]
Электрогенераторы приводятся в действие паровыми или газовыми турбинами на тепловой электростанции , или водяными турбинами на гидроэлектростанции , или ветряными турбинами , обычно на ветряной электростанции . Изобретение солнечного элемента в 1954 году положило начало производству электроэнергии с помощью солнечных панелей, подключенных к инвертору мощности . Массовое производство панелей около 2000 года сделало это экономичным.
Большая часть первичной и преобразованной энергии продается между странами. В таблице перечислены страны с большой разницей в экспорте и импорте в 2021 году, выраженной в Мтнэ. Отрицательное значение указывает на то, что экономике требуется большой импорт энергии. [15] Экспорт российского газа значительно сократился в 2022 году, [17] поскольку трубопроводы в Азию и экспортные мощности СПГ намного меньше, чем газ, который больше не отправляется в Европу . [18]
Транспортировка энергоносителей осуществляется танкерами , автоцистернами , газовозами , железнодорожным грузовым транспортом , по трубопроводам и посредством передачи электроэнергии .
Общее предложение энергии (TES) представляет собой сумму производства и импорта за вычетом экспорта и изменений в хранении. [19] Для всего мира TES почти равен первичной энергии PE, поскольку импорт и экспорт сокращаются, но для стран TES и PE различаются по количеству, а также по качеству, поскольку задействована вторичная энергия, например, импорт продукта нефтепереработки. TES — это вся энергия, необходимая для поставки энергии конечным пользователям.
В таблицах указаны TES и PE для некоторых стран, где они сильно различаются, как в 2021 году, так и в истории TES. Наибольший рост TES с 1990 года произошел в Азии. Суммы округлены и приведены в Мтнэ. Enerdata маркирует TES как общее потребление энергии. [20]
25% мирового первичного производства используется для преобразования и транспортировки, а 6% — для неэнергетических продуктов, таких как смазочные материалы, асфальт и нефтехимия . [21] В 2019 году TES составил 606 ЭДж, а конечное потребление — 418 ЭДж, 69% TES. [22] Большая часть энергии, теряемой при преобразовании, приходится на тепловые электростанции и собственные нужды энергетической отрасли.
Существуют различные качества энергии . Тепло, особенно при относительно низкой температуре, является низкокачественной энергией, тогда как электричество является высококачественной энергией. Для производства 1 кВт·ч электроэнергии требуется около 3 кВт·ч тепла. Но по той же причине киловатт-час этой высококачественной электроэнергии может быть использован для перекачки нескольких киловатт-часов тепла в здание с помощью теплового насоса. Электричество можно использовать многими способами, которыми тепло не может. Таким образом, потеря энергии, возникающая на тепловых электростанциях, несопоставима с потерей, скажем, из-за сопротивления в линиях электропередач из-за различий в качестве.
Фактически, потери на тепловых электростанциях происходят из-за плохого преобразования химической энергии топлива в электричество при сгорании. Химическая энергия топлива не является изначально низкокачественной; например, преобразование в электричество в топливных элементах теоретически может приближаться к 100%. Так что потери энергии на тепловых электростанциях являются реальными потерями.
Общее конечное потребление (ОКП) — это мировое потребление энергии конечными пользователями (тогда как первичное потребление энергии (Евростат) [24] или общее энергоснабжение (МЭА) — это общий спрос на энергию и, таким образом, также включает то, что использует сам энергетический сектор, а также потери при преобразовании и распределении). Эта энергия состоит из топлива (78%) и электроэнергии (22%). В таблицах указаны суммы, выраженные в миллионах тонн нефтяного эквивалента в год (1 Мтнэ = 11,63 ТВт·ч), и какая часть из них является возобновляемой энергией. Неэнергетические продукты здесь не рассматриваются. Данные относятся к 2018 году. [21] [25] Мировая доля возобновляемых источников ОКП составила 18% в 2018 году: 7% традиционной биомассы, 3,6% гидроэнергетики и 7,4% других возобновляемых источников энергии. [26]
В период 2005–2017 гг. мировое конечное потребление угля увеличилось на 23%, нефти и газа — на 18%, а электроэнергии — на 41%. [21]
Топливо бывает трех видов: Ископаемое топливо — это природный газ, топливо, полученное из нефти (СУГ, бензин, керосин, газ/дизель, мазут) или из угля (антрацит, битуминозный уголь, кокс, доменный газ). Во-вторых, есть возобновляемое топливо ( биотопливо и топливо, полученное из отходов). И, наконец, топливо, используемое для централизованного теплоснабжения .
Количество топлива в таблицах указано на основе низшей теплотворной способности .
В первой таблице указано конечное потребление в странах/регионах, которые используют больше всего (85%), и на человека по состоянию на 2018 год. В развивающихся странах потребление топлива на человека низкое и более возобновляемое. [27] Канада, Венесуэла и Бразилия вырабатывают большую часть электроэнергии с помощью гидроэнергетики.
В следующей таблице показаны страны с наибольшим потреблением (85%) в Европе.
Часть топлива и электроэнергии используется для строительства, обслуживания и сноса/переработки установок, которые производят топливо и электроэнергию, таких как нефтяные платформы , сепараторы изотопов урана и ветряные турбины. Для того, чтобы эти производители были экономичными, отношение энергии, возвращаемой на инвестированную энергию (EROEI) или энергии, возвращаемой на инвестиции (EROI), должно быть достаточно большим.
Если конечная энергия, поставляемая для потребления, равна E, а EROI равен R, то чистая доступная энергия равна EE/R. Процент доступной энергии равен 100-100/R. При R>10 доступно более 90%, но при R=2 только 50%, а при R=1 ничего. Этот крутой спад известен как обрыв чистой энергии . [28]
Многие страны публикуют статистические данные о поставках и потреблении энергии либо в своей стране, либо в других странах, представляющих интерес, либо во всех странах, объединенных в одну диаграмму. Одна из крупнейших организаций в этой области, Международное энергетическое агентство (МЭА), продает ежегодные комплексные данные об энергии, что делает эти данные платными и труднодоступными для пользователей Интернета . [21] Организация Enerdata, с другой стороны, публикует бесплатный ежегодник, что делает данные более доступными. [4] Еще одной заслуживающей доверия организацией, которая предоставляет точные данные об энергии, в основном относящиеся к США, является Управление энергетической информации США .
Из-за пандемии COVID-19 в 2020 году во всем мире наблюдалось значительное снижение потребления энергии, однако к 2021 году общий спрос на энергию во всем мире восстановился и достиг рекордно высокого уровня в 2022 году. [29]
В 2022 году потребители во всем мире потратили почти 10 триллионов долларов США на энергию, в среднем более 1200 долларов США на человека. Это отражает 20%-ное увеличение по сравнению с предыдущим пятилетним средним показателем, подчеркивая значительное экономическое влияние и растущее финансовое бремя потребления энергии в глобальном масштабе. [30] : 13
В докладе World Energy Outlook 2023 МЭА отмечает, что «Мы находимся на пути к достижению пика потребления всех видов ископаемого топлива до 2030 года» . [31] : 18 МЭА представляет три сценария: [31] : 17
В отчете МЭА «Электричество 2024» подробно описывается рост мирового спроса на электроэнергию на 2,2% в 2023 году, прогнозируется ежегодный рост на 3,4% до 2026 года, с заметным вкладом со стороны стран с развивающейся экономикой, таких как Китай и Индия , несмотря на спад в развитых экономиках из-за экономического и инфляционного давления. [32] В отчете подчеркивается значительное влияние центров обработки данных , искусственного интеллекта и криптовалюты , прогнозируется потенциальное удвоение потребления электроэнергии до 1000 ТВт-ч к 2026 году, что соответствует текущему потреблению в Японии . [32] Примечательно, что 85% дополнительного спроса, как ожидается, будет исходить от Китая и Индии, причем спрос только в Индии, как прогнозируется, будет расти более чем на 6% в год до 2026 года, что обусловлено экономическим ростом и увеличением использования кондиционирования воздуха. [32]
Спрос на электроэнергию в Юго-Восточной Азии также, по прогнозам, будет расти на 5% ежегодно до 2026 года. В Соединенных Штатах снижение наблюдалось в 2023 году, но в ближайшие годы ожидается умеренный рост, в основном за счет центров обработки данных. В отчете также ожидается, что всплеск производства электроэнергии из источников с низким уровнем выбросов удовлетворит рост мирового спроса в течение следующих трех лет, при этом ожидается, что возобновляемые источники энергии превзойдут уголь к началу 2025 года. [32]
Цель, поставленная в Парижском соглашении по ограничению изменения климата , будет труднодостижимой. [33] Были разработаны различные сценарии достижения целей Парижского соглашения по климату, использующие данные МЭА, но предлагающие переход к почти 100% возобновляемым источникам энергии к середине столетия, а также такие шаги, как лесовосстановление. Атомная энергетика и улавливание углерода исключены из этих сценариев. [34] Исследователи говорят, что затраты будут намного меньше, чем 5 триллионов долларов в год, которые правительства в настоящее время тратят на субсидирование отраслей ископаемого топлива, ответственных за изменение климата. [34] : ix
В сценарии +2,0 C (глобальное потепление) общий спрос на первичную энергию в 2040 году может составить 450 ЭДж = 10 755 Мтнэ или 400 ЭДж = 9560 Мтнэ в сценарии +1,5 , что значительно ниже текущего производства. Возобновляемые источники могут увеличить свою долю до 300 ЭДж в сценарии +2,0 C или 330 ЭДж в сценарии +1,5 в 2040 году. В 2050 году возобновляемые источники могут покрыть почти весь спрос на энергию. Неэнергетическое потребление по-прежнему будет включать ископаемое топливо. [34] : xxvii Рис. 5
Глобальная выработка электроэнергии из возобновляемых источников энергии достигнет 88% к 2040 году и 100% к 2050 году в альтернативных сценариях. «Новые» возобновляемые источники энергии — в основном ветровая, солнечная и геотермальная энергия — будут обеспечивать 83% от общего объема вырабатываемой электроэнергии. [34] : xxiv Среднегодовые инвестиции, необходимые в период с 2015 по 2050 год, включая затраты на дополнительные электростанции для производства водорода и синтетического топлива, а также на замену установок, составят около 1,4 триллиона долларов. [34] : 182
Необходимы переходы от внутренней авиации к железнодорожному транспорту и от автомобильного транспорта к железнодорожному. Использование легковых автомобилей должно сократиться в странах ОЭСР (но увеличиться в развивающихся регионах мира) после 2020 года. Снижение использования легковых автомобилей будет частично компенсировано сильным ростом общественного транспорта, железнодорожного транспорта и автобусных систем. [34] : xxii Рис.4
Выбросы CO 2 могут сократиться с 32 Гт в 2015 году до 7 Гт (сценарий +2,0) или 2,7 Гт (сценарий +1,5) в 2040 году и до нуля в 2050 году. [34] : xxviii
потребление энергии продолжает расти, но, похоже, замедляется — в среднем около 1–2 % в год.