stringtranslate.com

Воплощенная энергия

Воплощенная энергия — это сумма всей энергии, необходимой для производства любых товаров или услуг, рассматриваемая так, как если бы эта энергия была включена или «воплощена» в самом продукте. Эта концепция может быть полезна при определении эффективности энергопроизводящих или энергосберегающих устройств или «реальной» стоимости замены здания, а также, поскольку энергозатраты обычно влекут за собой выбросы парниковых газов , при принятии решения о том, способствует ли продукт глобальному потеплению или смягчает его . Одной из основных целей измерения этой величины является сравнение количества энергии, произведенной или сэкономленной рассматриваемым продуктом, с количеством энергии, потребленным при его производстве.

Воплощенная энергия — это метод учета, направленный на определение общей суммы энергии, необходимой для всего жизненного цикла продукта . Определение того, что составляет этот жизненный цикл, включает оценку значимости и объема энергии в добыче сырья, транспортировке , производстве , сборке, установке, разборке, деконструкции и/или разложении , а также человеческих и вторичных ресурсах.

История

История построения системы счетов, которая регистрирует потоки энергии через окружающую среду, может быть прослежена до истоков самого учета . Как отдельный метод, он часто ассоциируется с теорией стоимости «субстанции» физиократа [ 1], а позднее с сельскохозяйственной энергетикой Сергея Подолинского , русского врача [2] , и экологической энергетикой Владимира Станчинского [3] .

Основные методы учета воплощенной энергии, используемые сегодня, выросли из модели «затраты-выпуск » Василия Леонтьева и называются анализом воплощенной энергии «затраты-выпуск» . Модель «затраты-выпуск» Леонтьева, в свою очередь, была адаптацией неоклассической теории общего равновесия с применением к «эмпирическому изучению количественной взаимозависимости между взаимосвязанными видами экономической деятельности». [4] Согласно Тенненбауму [5], метод «затраты-выпуск» Леонтьева был адаптирован к анализу воплощенной энергии Хэнноном [6] для описания потоков энергии в экосистеме. Адаптация Хэннона сводила в таблицу общие прямые и косвенные потребности в энергии ( энергоемкость ) для каждого выпуска, произведенного системой. Общее количество энергий, прямых и косвенных, для всего объема производства называлось воплощенной энергией .

Методологии

Анализ воплощенной энергии интересует, какая энергия идет на поддержку потребителя , и поэтому вся амортизация энергии назначается конечному спросу потребителя. Различные методологии используют разные масштабы данных для расчета энергии, воплощенной в продуктах и ​​услугах природы и человеческой цивилизации . Международный консенсус относительно уместности масштабов данных и методологий еще не достигнут. Эта трудность может дать широкий диапазон значений воплощенной энергии для любого данного материала. При отсутствии всеобъемлющей глобальной публичной динамической базы данных воплощенной энергии расчеты воплощенной энергии могут упускать важные данные, например, о строительстве и обслуживании сельских дорог/шоссе, необходимых для перемещения продукта, маркетинге , рекламе, услугах общественного питания, не связанных с человеком услугах и тому подобном. Такие упущения могут быть источником значительной методологической ошибки в оценках воплощенной энергии. [7] Без оценки и объявления ошибки воплощенной энергии трудно откалибровать индекс устойчивости , а значит, и ценность любого данного материала, процесса или услуги для экологических и экономических процессов.

Стандарты

SBTool, UK Code for Sustainable Homes, был, а USA LEED все еще является, методом, в котором оценивается воплощенная энергия продукта или материала, наряду с другими факторами, для оценки воздействия здания на окружающую среду . Воплощенная энергия - это концепция, для которой ученые еще не пришли к единому мнению об абсолютных универсальных значениях, поскольку необходимо учитывать множество переменных, но большинство согласны с тем, что продукты можно сравнивать друг с другом, чтобы увидеть, у каких больше, а у каких меньше воплощенной энергии. Сравнительные списки (например, см. University of Bath Embodied Energy & Carbon Material Inventory [8] ) содержат средние абсолютные значения и объясняют факторы, которые были приняты во внимание при составлении списков.

Типичные используемые единицы воплощенной энергии — МДж/кг (мегаджоули энергии , необходимые для производства килограмма продукта), тCO2 ( тонны углекислого газа, созданные энергией, необходимой для производства килограмма продукта). Преобразование МДж в тCO2 не является простым, поскольку различные виды энергии (нефть, ветер, солнечная энергия, ядерная энергия и т. д.) выделяют разное количество углекислого газа, поэтому фактическое количество углекислого газа, выделяемого при производстве продукта, будет зависеть от типа энергии, используемой в процессе производства. Например, правительство Австралии [9] дает мировое среднее значение 0,098 тCO2 = 1 ГДж. Это то же самое, что 1 МДж = 0,098 кгCO2 = 98 гCO2 или 1 кгCO2 = 10,204 МДж.

Связанные методологии

В 2000-х годах засушливые условия в Австралии вызвали интерес к применению методов анализа воплощенной энергии к воде. Это привело к использованию концепции воплощенной воды . [10]

Данные

Существует ряд баз данных для количественной оценки воплощенной энергии товаров и услуг, включая материалы и продукты. Они основаны на ряде различных источников данных с различиями в географической и временной релевантности и полноте границ системы. Одной из таких баз данных является база данных Environmental Performance in Construction (EPiC), разработанная в Мельбурнском университете, которая включает данные о воплощенной энергии для более чем 250, в основном, строительных материалов. Эта база данных также включает значения для воплощенной воды и выбросов парниковых газов. [11] Основная причина различий в данных о воплощенной энергии между базами данных связана с источником данных и методологией, используемой при их составлении. Данные о «процессе» снизу вверх обычно поступают от производителей и поставщиков продукции. Хотя эти данные, как правило, более надежны и специфичны для конкретных продуктов, методология, используемая для сбора данных о процессе, обычно приводит к тому, что большая часть воплощенной энергии продукта исключается, в основном из-за времени, затрат и сложности сбора данных. Для заполнения этих пробелов в данных можно использовать данные о входе-выходе сверху вниз по окружающей среде (EEIO), основанные на национальной статистике. Хотя анализ EEIO продуктов может быть полезен сам по себе для первоначального определения объема воплощенной энергии, он, как правило, гораздо менее надежен, чем данные о процессе, и редко актуален для конкретного продукта или материала. Поэтому были разработаны гибридные методы количественной оценки воплощенной энергии [12] , использующие доступные данные о процессе и заполняющие любые пробелы в данных данными EEIO. Базы данных, которые опираются на этот гибридный подход, такие как база данных EPiC Мельбурнского университета [11], обеспечивают более полную оценку воплощенной энергии продуктов и материалов.

В обычных материалах

Избранные данные из Инвентаря углерода и энергии (ICE), подготовленного Университетом Бата (Великобритания) [8]

В транспорте

Теоретически, воплощенная энергия означает энергию, используемую для добычи материалов из шахт, производства транспортных средств, сборки, транспортировки, обслуживания и преобразования их в транспортную энергию, и в конечном итоге переработки этих транспортных средств. Кроме того, следует также учитывать энергию, необходимую для строительства и обслуживания транспортных сетей, будь то автомобильные или железнодорожные. Процесс, который должен быть реализован, настолько сложен, что никто не осмеливается назвать цифру.

По данным Института устойчивого развития и международных отношений, в сфере транспорта «поразительно, что мы потребляем больше овеществленной энергии в наших транспортных расходах, чем прямой энергии», и «мы потребляем меньше энергии для передвижения на наших личных транспортных средствах, чем мы потребляем энергии, необходимой нам для производства, продажи и транспортировки автомобилей, поездов или автобусов, которые мы используем» [13] .

Жан-Марк Янковичи выступает за проведение анализа углеродного следа любого проекта транспортной инфраструктуры до его строительства. [14]

В автомобилях

Энергоемкость автомобиля Volkswagen Golf A3 составляет 18 000 кВтч, это электроэнергия, вырабатываемая примерно за счет сжигания 9 тонн угля.
Жизненный цикл автомобиля

Производство

По данным Volkswagen , воплощенное энергосодержание Golf A3 с бензиновым двигателем составляет 18 000 кВт·ч (т. е. 12% от 545 ГДж, как показано в отчете [15] ). Golf A4 (оснащенный турбированным непосредственным впрыском ) покажет воплощенное энергосодержание в размере 22 000 кВт·ч (т. е. 15% от 545 ГДж, как показано в отчете [15] ). По данным французского агентства по энергетике и окружающей среде ADEME [16] легковой автомобиль имеет воплощенное энергосодержание в размере 20 800 кВт·ч, тогда как электромобиль показывает воплощенное энергосодержание в размере 34 700 кВт·ч.

Электромобиль имеет более высокую воплощенную энергию, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, благодаря аккумулятору и электронике. Согласно Science & Vie , воплощенная энергия аккумуляторов настолько высока, что перезаряжаемые гибридные автомобили представляют собой наиболее подходящее решение, [17] с их батареями меньше, чем у полностью электрического автомобиля.

Топливо

Что касается самой энергии, то коэффициент возврата энергии на затраченную энергию (EROEI) топлива можно оценить в 8, что означает, что к некоторому количеству полезной энергии, предоставляемой топливом, следует добавить 1/7 этого количества в воплощенной энергии топлива. Другими словами, расход топлива должен быть увеличен на 14,3% за счет EROEI топлива.

По данным некоторых авторов, для производства 6 литров бензина требуется 42 кВт·ч овеществленной энергии (что по энергосодержанию соответствует примерно 4,2 литрам дизельного топлива). [18]

Строительство дорог

Здесь нам приходится работать с цифрами, которые получить еще труднее. В случае строительства дорог воплощенная энергия составит 1/18 часть расхода топлива (т.е. 6%). [19]

Другие доступные цифры

Трелоар и др. оценили, что энергия, потребляемая средним автомобилем в Австралии, составляет 0,27 тераджоулей (т.е. 75 000 кВт·ч) как один из компонентов общего анализа энергии, используемой в автомобильных перевозках. [20]

В зданиях

Типичная продолжительность жизни дома в Японии составляет менее 30 лет [21]

Хотя основное внимание при повышении энергоэффективности зданий уделялось их эксплуатационным выбросам, по оценкам, около 30% всей энергии, потребляемой в течение срока службы здания, может быть в его воплощенной энергии (этот процент варьируется в зависимости от таких факторов, как возраст здания, климат и материалы). В прошлом этот процент был намного ниже, но поскольку много внимания уделялось сокращению эксплуатационных выбросов (например, повышению эффективности систем отопления и охлаждения), вклад воплощенной энергии стал играть гораздо большую роль. Примерами воплощенной энергии являются: энергия, используемая для добычи сырья, обработки материалов, сборки компонентов продукта, транспортировки между каждым этапом, строительства, обслуживания и ремонта, демонтажа и утилизации. Таким образом, важно использовать структуру учета углерода на протяжении всей жизни при анализе выбросов углерода в зданиях. [22] Исследования также показали необходимость выйти за рамки масштаба здания и принять во внимание энергию, связанную с мобильностью жильцов, и воплощенную энергию требований инфраструктуры, чтобы избежать смещения энергетических потребностей в масштабах застроенной среды. [23] [24] [25] [26]

В сфере энергетики

EROEI

Показатель EROEI (энергия, возвращенная на инвестированную энергию) дает основу для оценки воплощенной энергии за счет энергии.

Чтобы получить воплощенную энергию, конечную энергию необходимо умножить на .

Если EROEI равен восьми, то седьмая часть конечной энергии соответствует воплощенной энергии.

Мало того, для реального получения общей овеществленной энергии, следует также учитывать овеществленную энергию, связанную со строительством и обслуживанием электростанций. Здесь цифры крайне необходимы.

Электричество

В Статистическом обзоре мировой энергетики BP за июнь 2018 года т.н.э. переводятся в кВт.ч «на основе термической эквивалентности, предполагающей эффективность преобразования 38% на современной тепловой электростанции». [ необходима ссылка ]

Во Франции принято считать, что соотношение между первичной энергией и конечной энергией в электричестве составляет 2,58, [27] что соответствует эффективности 38,8%. [ необходима цитата ]

В Германии , напротив, из-за быстрого развития возобновляемых источников энергии соотношение между первичной энергией и конечной энергией в электричестве составляет всего 1,8, [28] что соответствует эффективности 55,5%. [ необходима цитата ]

По данным EcoPassenger , [29] общая эффективность использования электроэнергии составит 34% в Великобритании, 36% в Германии и 29% во Франции. [30]

Обработка данных

По данным ассоциации négaWatt , овеществленная энергия, связанная с цифровыми услугами, составила 3,5 ТВт·ч/год для сетей и 10,0 ТВт·ч/год для центров обработки данных (половина для самих серверов, т. е. 5 ТВт·ч/год, а другая половина для зданий, в которых они размещены, т. е. 5 ТВт·ч/год), цифры, действительные во Франции в 2015 году. Организация с оптимизмом смотрит на эволюцию потребления энергии в цифровой сфере, подчеркивая достигнутый технический прогресс. [31] Проект Shift , возглавляемый Жаном-Марком Янковичи , противоречит оптимистичному видению ассоциации négaWatt и отмечает, что цифровой энергетический след растет на 9% в год. [32]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Мировски, Филип (1991). Больше тепла, чем света: экономика как социальная физика, физика как экономика природы. Cambridge University Press. С. 154–163. ISBN 978-0-521-42689-3.
  2. ^ Мартинес-Альер, Дж. (1990). Экологическая экономика: Энергетическая среда и общество . Бэзил Блэквелл. ISBN 978-0631171461.
  3. ^ Вайнер, Дуглас Р. (2000). Модели природы: экология, охрана природы и культурная революция в Советской России. Издательство Питтсбургского университета. С. 70–71, 78–82. ISBN 978-0-8229-7215-0.
  4. ^ Леонтьев, В. (1966). Экономика «затраты-выпуск» . Oxford University Press. стр. 134.
  5. ^ Тенненбаум, Стивен Э. (1988). Расходы на сетевую энергию для производства подсистем (PDF) (MS). OCLC  20211746. Док. CFW-88-08. Архивировано из оригинала (PDF) 30 сентября 2007 г.
  6. ^ Хэннон, Б. (октябрь 1973 г.). "Структура экосистем" (PDF) . Журнал теоретической биологии . 41 (3): 535–546. Bibcode : 1973JThBi..41..535H. doi : 10.1016/0022-5193(73)90060-X. PMID  4758118.
  7. ^ Ленцен 2001
  8. ^ ab GPHammond и CIJones (2006) База данных воплощенной энергии и углеродного следа , Кафедра машиностроения, Университет Бата, Соединенное Королевство
  9. ^ CSIRO о воплощенной энергии: ведущее научное учреждение Австралии Архивировано 25.02.2006 в Wayback Machine
  10. ^ МакКормак, М.; Трелоар, Г.Дж.; Палмовски, Л.; Кроуфорд, Р. (2007). «Моделирование прямых и косвенных потребностей в воде при строительстве». Building Research and Information . 35 (2): 156–162. doi :10.1080/09613210601125383. S2CID  109032580.
  11. ^ ab Кроуфорд, Роберт; Стефан, Андре; Придо, Фабиан (2019). База данных EPiC 2019. Мельбурн, Австралия: Мельбурнский университет. ISBN 978-0-7340-5495-1. OCLC  1132202846.
  12. ^ Crawford, RH; Bontinck, P.-A.; Stephan, A.; Wiedmann, T.; Yu, M. (2018). «Гибридные методы инвентаризации жизненного цикла – обзор». Журнал чистого производства . 172 : 1273–1288. doi : 10.1016/j.jclepro.2017.10.176. hdl : 11343/194165 . S2CID  116770528.
  13. ^ Шансель, Лукас; Пурушоттамин, Прабод (март 2013 г.). «L'énergie grise: la face cachée de nos consommations d'energie». Предложения (на французском языке). ИДДРИ.
  14. ↑ Янковичи, Жан-Марк (30 декабря 2017 г.). «Pour un bilan Carbone des Projects d'Infrastructures de Transport» (на французском языке).
  15. ^ ab (de) Экологический отчет Volkswagen 2001/2002 Архивировано 03.03.2016 в Wayback Machine см. стр. 27
  16. ^ (fr) Оценка жизненного цикла Архивировано 26 июля 2015 г. на веб-сайте Wayback Machine www.ademe.fr см. стр. 9
  17. ^ (fr) Science & Vie # 1213 октябрь 2018. см. страницы 48–51.
  18. ^ (de) Окончательный анализ энергии: бензин против электромобилей сайт springerprofessional.de
  19. ^ Сайт по энергетике и дорожному строительству www.pavementinteractive.org
  20. ^ Трелоар, Грэм; Кроуфорд, Роберт (2004). «Гибридный инвентарь жизненного цикла для строительства и эксплуатации дорог». Журнал строительной инженерии и управления . 130 (1): 43–49. doi :10.1061/(ASCE)0733-9364(2004)130:1(43).
  21. ^ «Понимание срока службы японского дома или квартиры». JAPAN PROPERTY CENTRAL. 7 февраля 2014 г. Архивировано из оригинала 4 июля 2019 г.
  22. ^ Ибн-Мохаммед, Т.; Гриноу, Р.; Тейлор, С.; Озава-Мейда, Л.; Аккуайе, А. (1 ноября 2013 г.). «Эксплуатационные и воплощенные выбросы в зданиях — обзор текущих тенденций». Энергия и здания . 66 : 232–245. doi :10.1016/j.enbuild.2013.07.026.
  23. ^ Стефан, Андре; Кроуфорд, Роберт Х.; де Миттенэр, Кристель (2012). «На пути к комплексной структуре анализа энергии жизненного цикла для жилых зданий». Энергия и здания . 55 : 592–600. doi :10.1016/j.enbuild.2012.09.008. ISSN  0378-7788.
  24. ^ Стефан, Андре; Кроуфорд, Роберт Х.; де Миттенэр, Кристель (2013). «Комплексная оценка потребности в энергии в течение жизненного цикла пассивных домов». Applied Energy . 112 : 23–34. doi :10.1016/j.apenergy.2013.05.076.
  25. ^ Стефан, Андре; Кроуфорд, Роберт Х.; Банстер, Виктор; Уоррен-Майерс, Джорджия; Мусави, Сарех (2022). «На пути к многомасштабной структуре для моделирования и улучшения экологических показателей жизненного цикла построенных запасов». Журнал промышленной экологии . 26 (4): 1195–1217. doi :10.1111/jiec.13254. ISSN  1088-1980.
  26. ^ Бастос, Джоана; Баттерман, Стюарт А.; Фрейре, Фаусто (18 мая 2016 г.). «Значение мобильности в оценке жизненного цикла зданий». Building Research & Information . 44 (4): 376–393. doi :10.1080/09613218.2016.1097407. ISSN  0961-3218.
  27. ^ (fr) «Указ от 15 сентября 2006 г. о диагностике энергоэффективности существующих зданий, выставленных на продажу в материковой части Франции», веб-сайт legifrance.gouv.fr
  28. ^ (de) законы в Интернете Архивировано 31 июля 2020 г. на сайте Wayback Machine web gesetze-im-internet.de см. раздел 2.1.1
  29. ^ Сайт EcoPassenger ecopassenger.org, поддерживаемый Международным союзом железных дорог .
  30. ^ Экологическая методология и обновление данных EcoPassenger 2016, веб-сайт ecopassenger.hafas.de; см. стр. 15, таблицу 2-3.
  31. ^ (fr) Увеличит ли цифровая революция наше потребление энергии? сайт decrypterlenergie.org, сайт ассоциации négaWatt .
  32. ^ (fr) Сайт Lean ITC theshiftproject.org; см. стр. 4.

Библиография

Внешние ссылки