Мировое предложение и потребление энергии относится к глобальному производству первичной энергии, преобразованию энергии и торговле ею, а также конечному потреблению энергии. Энергия может использоваться в различных формах, например, в виде переработанного топлива или электричества , или для различных целей, например, для транспортировки или производства электроэнергии . Производство и потребление энергии являются важной частью экономики . Серьезной проблемой производства и потребления энергии являются выбросы парниковых газов . Из примерно 50 миллиардов тонн ежегодных выбросов парниковых газов во всем мире [3] 36 миллиардов тонн углекислого газа было выброшено за счет энергетики (почти все из ископаемого топлива) в 2021 году. [4]
Цель Парижского соглашения по ограничению изменения климата будет труднодостижимой. [5] Было предусмотрено множество сценариев сокращения выбросов парниковых газов, обычно под названием « чистый ноль» к 2050 году . По состоянию на 2022 год потребление энергии по-прежнему будет составлять около 80% от ископаемого топлива. [6] Страны Персидского залива и Россия являются крупными экспортерами энергии, причем заметными клиентами являются Европейский Союз и Китай , где внутри страны не производится достаточно энергии для удовлетворения спроса на энергию. Потребление энергии обычно увеличивается примерно на 1-2% в год, [7] за исключением солнечной и ветровой энергии , которая в 2010-х годах составляла в среднем 20% в год. [8] [9]
Произведенная энергия, как и из ископаемого топлива , перерабатывается, чтобы сделать ее пригодной для потребления конечными пользователями. Цепочка поставок энергии от первоначального производства до конечного потребления включает в себя множество различных действий, что в конечном итоге приводит к потере полезной энергии, [10] см. эксергию .
Потребление энергии на душу населения в Северной Америке очень велико, тогда как в менее развитых странах оно низкое и обычно более возобновляемое. [11] [12] Существует четкая связь между потреблением энергии на душу населения и ВВП на душу населения. [13]
Многие страны публикуют статистику поставок и потребления энергии либо своей страны, либо других стран, представляющих интерес, либо всех стран, объединенных в одну диаграмму. Одна из крупнейших организаций в этой области, Международное энергетическое агентство (МЭА), продает ежегодные полные данные об энергетике, что делает эти данные платными и труднодоступными для пользователей Интернета . [14] С другой стороны, организация Enerdata издает бесплатный Ежегодник, что делает данные более доступными. [6] Еще одной заслуживающей доверия организацией, предоставляющей точные данные об энергетике, в основном касающейся США, является Управление энергетической информации США .
Общее мировое потребление первичной энергии по типам в 2020 г. [15]
Мировое производство электроэнергии по источникам в 2021 году (общая выработка составила 28 петаватт-часов ) [17]
Это мировое производство энергии, добываемой или улавливаемой непосредственно из природных источников. В энергетической статистике первичная энергия (PE ) относится к первому этапу, на котором энергия поступает в цепочку поставок перед любым дальнейшим процессом преобразования или преобразования.
Производство энергии обычно классифицируют как:
Оценка первичной энергии, проводимая МЭА, следует определенным правилам [примечание 1] для облегчения измерения различных видов энергии. Эти правила спорны. Энергия потоков воды и воздуха, приводящая в движение гидро- и ветряные турбины, а также солнечный свет, питающий солнечные панели, не учитываются в качестве PE, который устанавливается на уровне произведенной электрической энергии. Но ископаемая и ядерная энергия рассчитана на теплоту реакции, которая примерно в три раза превышает электрическую энергию. Эта разница в измерениях может привести к недооценке экономического вклада возобновляемой энергии. [18]
Enerdata отображает данные для «Общего объема энергии/производства: уголь, нефть, газ, биомасса, тепло и электричество» и для «Возобновляемые источники энергии/% производства электроэнергии: возобновляемые источники энергии, невозобновляемые источники энергии». [6]
В таблице перечислены полиэтиленовые пленки по всему миру и страны, производящие большую часть этого количества (76%) в 2021 году, с использованием Enerdata. Суммы округлены и указаны в миллионах тонн нефтяного эквивалента в год (1 Мтн.э. = 11,63 ТВт-ч (3,23 мегаджоуля ), где 1 ТВт-ч = 10 9 кВтч) и % от общей суммы. Возобновляемые источники энергии — это биомасса плюс тепло плюс возобновляемый процент производства электроэнергии (гидро, ветер, солнечная энергия). Ядерная энергия – это невозобновляемый процент производства электроэнергии. Вышеупомянутая недооценка гидро-, ветровой и солнечной энергии по сравнению с ядерной и ископаемой энергией также относится и к Enerdata.
Общий мировой объем производства энергии в 2021 году составит 14 800 МТнэ, что соответствует чуть более 172 ПВтч/год, или около 19,6 ТВт выработки электроэнергии.
.png/1280px-Different_energy_forms_(PES).png)
Первичная энергия разными способами преобразуется в энергоносители, также известную как вторичная энергия: [20]
Генераторы электроэнергии приводятся в движение паровыми или газовыми турбинами на тепловых электростанциях , водяными турбинами на гидроэлектростанциях или ветряными турбинами , обычно на ветряных электростанциях . Изобретение солнечной батареи в 1954 году положило начало выработке электроэнергии с помощью солнечных панелей, подключенных к инвертору . Массовое производство панелей примерно в 2000 году сделало это экономически выгодным.
Большая часть первичной и преобразованной энергии торгуется между странами. В таблице перечислены страны с большой разницей экспорта и импорта в 2021 году, выраженной в млн т н.э. Отрицательное значение указывает на то, что экономике необходим большой импорт энергии. [19] Экспорт российского газа значительно сократился в 2022 году, [21] поскольку трубопроводы в Азию и экспортные мощности СПГ намного меньше, чем газ, который больше не отправляется в Европу . [22]
Транспортировка энергоносителей осуществляется танкерами , автоцистернами , перевозчиками СПГ , железнодорожным грузовым транспортом , трубопроводным транспортом и путем передачи электроэнергии .
Общее энергоснабжение (TES) показывает сумму производства и импорта за вычетом изменений экспорта и хранения. [23] Для всего мира TES почти равен первичному энергетическому PE, поскольку импорт и экспорт взаимно компенсируются, 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 снабжения энергией конечных пользователей.
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 указаны в млн т н.э. Enerdata маркирует TES как общее потребление энергии. [24]
25% мировой первичной продукции используется для переработки и транспортировки, а 6% — для неэнергетической продукции, такой как смазочные материалы, асфальт и нефтехимия . [14] В 2019 году TES составлял 606 ЭДж, а конечное потребление — 418 ЭДж, 69% TES. [25] Большая часть энергии, теряемой при преобразовании, происходит на тепловых электростанциях и в энергетической отрасли для собственного использования.
Существуют разные качества энергии . Тепло, особенно при относительно низкой температуре, является энергией низкого качества, тогда как электричество является энергией высокого качества. Для производства 1 кВтч электроэнергии требуется около 3 кВтч тепла. Но в то же время киловатт-час этой высококачественной электроэнергии можно использовать для перекачки нескольких киловатт-часов тепла в здание с помощью теплового насоса. Электричество можно использовать многими способами, в отличие от тепла. Таким образом, потери энергии, возникающие на тепловых электростанциях, несопоставимы с потерями, скажем, из-за сопротивления в линиях электропередачи из-за различий в качестве.
Фактически потери на тепловых электростанциях происходят из-за плохого преобразования химической энергии топлива в электричество при сжигании. Химическая энергия топлива не является низкокачественной, поскольку степень преобразования в электричество в топливных элементах теоретически может приближаться к 100%. Таким образом, потери энергии на тепловых электростанциях — это реальные потери.
Общее мировое конечное потребление составило 9717 млн тонн н.э. по регионам в 2017 году (МЭА, 2019) [26]
Общее конечное потребление (TFC) — это мировое потребление энергии конечными пользователями (тогда как потребление первичной энергии (Евростат) [27] или общее энергоснабжение (IEA) — это общий спрос на энергию и, таким образом, также включает в себя то, что энергетический сектор использует сам и преобразование. и потери при распределении). Эта энергия состоит из топлива (78%) и электроэнергии (22%). В таблицах указаны суммы, выраженные в миллионах тонн нефтяного эквивалента в год (1 млн т н.э. = 11,63 ТВтч), а также какая часть из них приходится на возобновляемые источники энергии. Неэнергетические продукты здесь не рассматриваются. Данные относятся к 2018 году. [14] [28] Доля возобновляемых источников энергии в мире в 2018 году составила 18%: 7% традиционная биомасса, 3,6% гидроэнергетика и 7,4% другие возобновляемые источники энергии. [29]
В период 2005–2017 годов конечное потребление угля в мире выросло на 23%, нефти и газа — на 18%, а электроэнергии — на 41%. [14]
Топливо бывает трех типов: ископаемое топливо — природный газ, топливо, полученное из нефти (сжиженный нефтяной газ, бензин, керосин, газ/дизель, мазут) или из угля (антрацит, битуминозный уголь, кокс, доменный газ). Во-вторых, существует возобновляемое топливо ( биотопливо и топливо, полученное из отходов). И, наконец, топливо, используемое для централизованного теплоснабжения .
Количество топлива в таблицах основано на низшей теплоте сгорания .
В первой таблице указано конечное потребление в странах/регионах, которые используют больше всего (85%), на человека по состоянию на 2018 год. В развивающихся странах потребление топлива на человека низкое и более возобновляемое. Канада, Венесуэла и Бразилия производят большую часть электроэнергии за счет гидроэнергетики.
В следующей таблице показаны страны, потребляющие больше всего (85%) в Европе.
Некоторая часть топлива и электроэнергии используется для строительства, обслуживания и сноса/переработки установок, производящих топливо и электроэнергию, таких как нефтяные платформы , сепараторы изотопов урана и ветряные турбины. Чтобы эти производители были экономичными, коэффициент возврата энергии на вложенную энергию (EROEI) или рентабельности инвестиций в энергию (EROI) должен 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 составляет 100-100/р. Для R>10 доступно более 90%, но для R=2 только 50%, а для R=1 — нет. Это резкое снижение известно как обрыв чистой энергии . [30]
Из-за пандемии COVID-19 в 2020 году во всем мире произошло значительное снижение энергопотребления, но общий спрос на энергию во всем мире восстановился к 2021 году и достиг рекордного уровня в 2022 году. [31]
В «World Energy Outlook 2023» МЭА отмечает, что «мы находимся на пути к тому, чтобы увидеть пик потребления всех видов ископаемого топлива до 2030 года» . [32] : 18 МЭА представляет три сценария: [32] : 17
Альтернативные сценарии достижения целей Парижского климатического соглашения были разработаны с использованием данных МЭА, но предлагают переход почти на 100% возобновляемых источников энергии к середине века, а также такие шаги, как восстановление лесов. Ядерная энергетика и улавливание углерода исключены из этих сценариев. [33] 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. [33] : ix
В сценарии +2,0 C (глобальное потепление) общий спрос на первичную энергию в 2040 году может составить 450 ЭДж = 10755 Мтнэ или 400 ЭДж = 9560 Мтнэ в сценарии +1,5 , что значительно ниже текущего уровня 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 энергии смогут покрыть почти весь спрос на энергию. Неэнергетическое потребление по-прежнему будет включать ископаемое топливо. [33] : xxvii Рис. 5.
Глобальное производство 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 составлять 83% от общего объема вырабатываемой электроэнергии. [33] : 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 станций, составят около 1,4 триллиона долларов США. [33] : 182
Необходим переход от внутренней авиации к железнодорожному и от автомобильного транспорта к железнодорожному. Использование легковых автомобилей должно снизиться в странах ОЭСР (но увеличиться в регионах развивающегося мира) после 2020 года. Снижение использования легковых автомобилей будет частично компенсировано значительным увеличением количества систем общественного транспорта, железнодорожного и автобусного транспорта. [33] : 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. [33] : xxviii
Мировое потребление энергии продолжает расти, но, похоже, оно замедляется – в среднем от 1% до 2% в год.
