Энергетическая иерархия — это классификация вариантов энергии , приоритеты которой направлены на содействие прогрессу в направлении более устойчивой энергетической системы. Это аналогичный подход к иерархии отходов для минимизации истощения ресурсов , и он принимает параллельную последовательность.
Наивысшие приоритеты охватывают предотвращение ненужного использования энергии как путем устранения отходов, так и путем повышения энергоэффективности . Устойчивое производство энергетических ресурсов является следующим приоритетом. Разрушительные и производящие отходы варианты генерации энергии являются низшим приоритетом.
Чтобы энергетическая система была устойчивой: ресурсы, используемые для производства энергии, должны быть способны служить неограниченно долго; преобразование энергии не должно производить вредных побочных продуктов, включая чистые выбросы или отходы, которые невозможно полностью переработать; и она должна быть способна удовлетворять разумные потребности в энергии.
Главным приоритетом в рамках энергетической иерархии является энергосбережение или предотвращение ненужного использования энергии . Эта категория включает устранение отходов путем выключения ненужных ламп и приборов, а также путем избегания ненужных поездок . Тепловые потери зданий являются основным источником потерь энергии, [1] поэтому улучшение изоляции зданий и герметичности может внести значительный вклад в энергосбережение. [2]
Во многих странах есть агентства, которые поощряют экономию энергии . [3] [4]
Вторым приоритетом в энергетической иерархии является обеспечение того, чтобы используемая энергия производилась и потреблялась эффективно. Энергоэффективность имеет два основных аспекта.
Энергоэффективность — это отношение производительности устройства к потребляемой им энергии. [5]
Энергоэффективность была менее приоритетной, когда энергия была дешевой, а осведомленность о ее воздействии на окружающую среду была низкой. В 1975 году средняя экономия топлива автомобиля в США составляла менее 15 миль на галлон [6] Лампочки накаливания, которые были наиболее распространенным типом до конца 20-го века, тратят 90% своей энергии в виде тепла, и только 10% преобразуются в полезный свет. [7]
В последнее время энергоэффективность стала приоритетом. [8] Согласно последним данным, средняя топливная экономичность автомобилей в США почти удвоилась по сравнению с 1975 годом; [6] Сейчас продвигается светодиодное освещение, которое в пять-десять раз эффективнее ламп накаливания. [9] Теперь многие бытовые приборы обязаны иметь этикетки, подтверждающие их энергоэффективность.
Потери возникают, когда энергия извлекается из природных ресурсов, из которых она получена, таких как ископаемое топливо , радиоактивные материалы, солнечная радиация или другие источники. Большая часть электроэнергии производится на тепловых электростанциях, где большая часть исходной энергии теряется в виде тепла. Средняя эффективность мирового производства электроэнергии в 2009 году составила около 37%. [10]
Приоритетом в Энергетической иерархии является повышение эффективности преобразования энергии, будь то на традиционных электростанциях [11] или за счет улучшения коэффициента полезного действия фотоэлектрических электростанций [12] и других источников энергии.
Общую эффективность и устойчивость также можно повысить за счет переключения мощностей или топлива с менее эффективных и менее устойчивых ресурсов на более качественные; но это в основном относится к четвертому уровню иерархии.
Возобновляемая энергия описывает естественные, теоретически неисчерпаемые источники энергии. [13] Эти источники рассматриваются как неисчерпаемые или естественно восполняемые и делятся на два класса.
Первый класс возобновляемых источников энергии происходит из климатических или стихийных источников, [14] таких как солнечный свет, ветер, волны, приливы или осадки ( гидроэнергетика ). Геотермальная энергия из тепла ядра Земли также попадает в эту категорию.
Они считаются неисчерпаемыми, поскольку большинство из них в конечном итоге происходит из энергии, исходящей от Солнца , срок жизни которого оценивается в 6,5 миллиардов лет. [15]
Другой основной класс возобновляемых источников энергии, биоэнергия , [16] происходит из биомассы, где относительно короткий цикл роста означает, что использование восполняется новым ростом. Биоэнергия обычно преобразуется путем сжигания и, следовательно, приводит к выбросам углерода. Она рассматривается как углеродно-нейтральная в целом, потому что эквивалентное количество углекислого газа будет извлечено из атмосферы во время цикла роста. [17]
Источники биоэнергии могут быть твердыми, такими как древесина и энергетические культуры ; жидкими, такими как биотопливо; или газообразными, такими как биометан, получаемый в результате анаэробного сбраживания. [ необходима цитата ]
Следующий приоритет в иерархии охватывает источники энергии, которые не являются полностью устойчивыми, но имеют низкое воздействие на окружающую среду. К ним относится использование ископаемого топлива с улавливанием и хранением углерода . [18]
Ядерную энергетику иногда считают источником с низким уровнем воздействия, поскольку она имеет низкий уровень выбросов углерода.
Самый низкий приоритет в энергетической иерархии — это производство энергии с использованием неустойчивых источников, таких как неисчерпаемое ископаемое топливо. Некоторые также помещают ядерную энергию в эту категорию, а не в ту, что выше, из-за необходимости управления/хранения высокоопасных радиоактивных отходов в течение чрезвычайно длительных (сотни тысяч лет и более) временных рамок [19] и истощения ресурсов урана. [20]
Существует консенсус, что доля таких источников энергии должна снижаться. [21]
В рамках этого уровня существуют возможности ограничения неблагоприятных последствий путем перехода от наиболее вредных источников топлива, таких как уголь, к источникам с меньшим уровнем выбросов, таким как газ. [22]
Многие полагают, что когда такое сильное воздействие на потребление энергии сведено к минимуму, последствия любого неизбежного остаточного потребления должны быть уравновешены компенсацией выбросов . [23]
Энергетическая иерархия была впервые предложена в 2005 году Филиппом Вулфом [24] , когда он был генеральным директором Ассоциации возобновляемой энергии . Эта первая версия имела три уровня: энергоэффективность, возобновляемые источники энергии и традиционное производство энергии. Она была одобрена и принята в 2006 году консорциумом учреждений, ассоциаций и других органов в Манифесте устойчивой энергетики [25] . Впоследствии эта концепция была принята и уточнена другими в энергетической отрасли [26] и в правительстве. [27] [28]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )