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 сам продукт. Эта концепция может быть полезной при определении эффективности энергогенерирующих или энергосберегающих устройств или «реальной» восстановительной стоимости здания, а также, поскольку энергозатраты обычно влекут за собой выбросы парниковых газов , при принятии решения о том, способствует ли продукт или смягчает их. глобальное потепление . Одной из основных целей измерения этой величины является сравнение количества энергии, произведенной или сэкономленной рассматриваемым продуктом, с количеством энергии, затраченной на его производство.
Воплощенная энергия – это метод учета, целью которого является определение общей суммы энергии, необходимой для всего жизненного цикла продукта . Определение того, что представляет собой этот жизненный цикл, включает оценку актуальности и масштаба использования энергии в добыче сырья, транспортировке , производстве , сборке, установке, разборке, демонтаже и/или разложении , а также человеческих и вторичных ресурсах.
Историю создания системы учета, регистрирующей потоки энергии в окружающей среде, можно проследить до истоков самого учета . Как отдельный метод, его часто связывают с «субстанциональной» теорией стоимости Физиократа [ 1] , а позднее с сельскохозяйственной энергетикой российского врача Сергея Подолинского [2] и экологической энергетикой Владимира Станчинского. [3]
Основные методы учета воплощенной энергии в том виде, в котором они используются сегодня, выросли из модели «затраты-выпуск» Василия Леонтьева и называются анализом «затраты-выпуск воплощенной энергии» . Модель затрат-выпуска Леонтьева, в свою очередь, была адаптацией неоклассической теории общего равновесия с применением к «эмпирическому исследованию количественной взаимозависимости между взаимосвязанными экономическими видами деятельности». [4] Согласно Тенненбауму [5] метод ввода-вывода Леонтьева был адаптирован к воплощенному энергетическому анализу Хэннона [6] для описания потоков энергии в экосистеме. Адаптация Хэннона свела в таблицу общие прямые и косвенные потребности в энергии (энергоемкость ) для каждого результата, производимого системой. Суммарное количество энергий, прямых и косвенных, на весь объем производства называлось воплощенной энергией .
Анализ встроенной энергии интересует, какая энергия идет на поддержку потребителя , поэтому вся амортизация энергии относится к конечному спросу потребителя. Различные методологии используют разные масштабы данных для расчета энергии, воплощенной в продуктах и услугах природы и человеческой цивилизации . Ожидается международный консенсус относительно приемлемости шкал данных и методологий. Эта трудность может привести к широкому диапазону значений воплощенной энергии для любого данного материала. В отсутствие всеобъемлющей глобальной общедоступной динамической базы данных о воплощенной энергии в расчетах воплощенной энергии могут быть упущены важные данные, например, о строительстве и обслуживании сельских дорог/шоссе, необходимых для перемещения продукта, маркетинге , рекламе, услугах общественного питания, нечеловеческих услугах. и тому подобное. Подобные упущения могут стать источником значительной методологической ошибки в заложенных энергетических оценках. [7] Без оценки и декларации заложенной энергетической ошибки трудно откалибровать индекс устойчивости и, следовательно, ценность любого данного материала, процесса или услуги для экологических и экономических процессов.
SBTool, Кодекс устойчивого развития домов Великобритании, был (а в США LEED до сих пор остается) методом, в котором оценивается заключенная в продукте или материале энергия, наряду с другими факторами, для оценки воздействия здания на окружающую среду . Воплощенная энергия — это концепция, для которой ученые еще не пришли к абсолютным универсальным значениям, поскольку необходимо учитывать множество переменных, но большинство согласны с тем, что продукты можно сравнивать друг с другом, чтобы увидеть, какие из них содержат больше, а какие — меньше воплощенной энергии. Сравнительные списки (например, см. Инвентаризацию энергии и углеродных материалов Университета Бата [8] ) содержат средние абсолютные значения и объясняют факторы, которые были приняты во внимание при составлении списков.
Typical embodied energy units used are MJ/kg (megajoules of energy needed to make a kilogram of product), tCO2 (tonnes of carbon dioxide created by the energy needed to make a kilogram of product). Converting MJ to tCO2 is not straightforward because different types of energy (oil, wind, solar, nuclear and so on) emit different amounts of carbon dioxide, so the actual amount of carbon dioxide emitted when a product is made will be dependent on the type of energy used in the manufacturing process. For example, the Australian Government[9] gives a global average of 0.098 tCO2 = 1 GJ. This is the same as 1 MJ = 0.098 kgCO2 = 98 gCO2 or 1 kgCO2 = 10.204 MJ.
In the 2000s drought conditions in Australia have generated interest in the application of embodied energy analysis methods to water. This has led to the use of the concept of embodied water.[10]
A range of databases exist for quantifying the embodied energy of goods and services, including materials and products. These are based on a range of different data sources, with variations in geographic and temporal relevance and system boundary completeness. One such database is the Environmental Performance in Construction (EPiC) Database developed at The University of Melbourne, which includes embodied energy data for over 250 mainly construction materials. This database also includes values for embodied water and greenhouse gas emissions.[11]The main reason for differences in embodied energy data between databases is due to the source of data and methodology used in their compilation. Bottom-up 'process' data is typically sourced from product manufacturers and suppliers. While this data is generally more reliable and specific to particular products, the methodology used to collect process data typically results in much of the embodied energy of a product being excluded, mainly due to the time, costs and complexity of data collection. Top-down environmentally-extended input-output (EEIO) data, based on national statistics can be used to fill these data gaps. While EEIO analysis of products can be useful on its own for initial scoping of embodied energy, it is generally much less reliable than process data and rarely relevant for a specific product or material. Hence, hybrid methods for quantifying embodied energy have been developed,[12] using available process data and filling any data gaps with EEIO data. Databases that rely on this hybrid approach, such as The University of Melbourne's EPiC Database,[11] provide a more comprehensive assessment of the embodied energy of products and materials.
Отдельные данные из реестра углерода и энергии («ICE»), подготовленного Университетом Бата (Великобритания) [8]
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, для переработки этих транспортных средств. Кроме того, следует также учитывать энергию, необходимую для строительства и обслуживания транспортных сетей, будь то автомобильных или железнодорожных. Процесс, который предстоит реализовать, настолько сложен, что никто не осмеливается назвать цифру.
По данным Института долгосрочного развития и международных отношений, в сфере транспорта «поразительно отметить, что мы потребляем больше энергии, воплощенной в наших транспортных расходах, чем прямой энергии», и «мы потребляем меньше энергии, чтобы передвигаться в нашем транспорте». личных транспортных средств, чем мы потребляем энергию, необходимую для производства, продажи и перевозки автомобилей, поездов или автобусов, которыми мы пользуемся». [13]
Жан-Марк Янковичи выступает за анализ углеродного следа любого проекта транспортной инфраструктуры до его строительства. [14]
_CL_5-door_hatchback_03.jpg/1280px-1996-1998_Volkswagen_Golf_(1H)_CL_5-door_hatchback_03.jpg)
По данным Volkswagen , воплощенная энергоемкость Golf A3 с бензиновым двигателем составляет 18 000 кВтч (т.е. 12% от 545 ГДж, как показано в отчете [15] ). Golf A4 (оснащенный турбонаддувом и непосредственным впрыском ) продемонстрирует воплощенную энергию в размере 22 000 кВтч (т.е. 15% от 545 ГДж, как показано в отчете [15] ). По данным французского агентства по энергетике и окружающей среде ADEME [16], у легкового автомобиля воплощенное энергосодержание составляет 20 800 кВтч, тогда как у электромобиля воплощенное энергосодержание составляет 34 700 кВтч.
Электромобиль имеет более высокую воплощенную энергию, чем двигатель внутреннего сгорания, благодаря аккумулятору и электронике. По данным Science & Vie , заключенная в батареях энергия настолько высока, что перезаряжаемые гибридные автомобили представляют собой наиболее подходящее решение, [17] поскольку их батареи меньше, чем у полностью электрического автомобиля.
Что касается самой энергии, коэффициент возврата энергии на вложенную энергию (EROEI) топлива можно оценить в 8, что означает, что к некоторому количеству полезной энергии, обеспечиваемой топливом, следует добавить 1/7 этой суммы в воплощенной энергии топлива. . Другими словами, расход топлива должен увеличиться на 14,3% за счет EROEI топлива.
По мнению некоторых авторов, для производства 6 литров бензина требуется 42 кВтч воплощенной энергии (что по энергоемкости соответствует примерно 4,2 литрам дизельного топлива). [18]
Здесь нам приходится работать с цифрами, получить которые оказывается еще труднее. В случае дорожного строительства воплощенная энергия составит 1/18 расхода топлива (т.е. 6%). [19]
Трелоар и др. оценили энергию, заключенную в среднем автомобиле в Австралии, в 0,27 тераджоулей (т.е. 75 000 кВтч) как один из компонентов общего анализа энергии, используемой в автомобильном транспорте. [20]
.jpg/1280px-%E5%BB%BA%E5%A3%B2%E4%BD%8F%E5%AE%85_(4355308311).jpg)
Хотя основное внимание в повышении энергоэффективности зданий уделяется выбросам от их эксплуатации, по оценкам, около 30% всей энергии, потребляемой в течение срока службы здания, может приходиться на его воплощенную энергию (этот процент варьируется в зависимости от таких факторов, как возраст здания, климат и материалы). В прошлом этот процент был намного ниже, но поскольку большое внимание уделялось сокращению эксплуатационных выбросов (например, повышению эффективности систем отопления и охлаждения), вклад воплощенной энергии стал играть гораздо большую роль. Примеры воплощенной энергии включают в себя: энергию, используемую для добычи сырья, обработки материалов, сборки компонентов продукта, транспортировки между каждым этапом, строительства, технического обслуживания и ремонта, демонтажа и утилизации. Таким образом, важно использовать систему учета выбросов углерода на протяжении всего жизненного цикла 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]
EROEI (Энергия, возвращенная на вложенную энергию) обеспечивает основу для оценки воплощенной энергии, обусловленной энергией.
Конечную энергию необходимо умножить, чтобы получить воплощенную энергию.
При EROEI, равном, например, восьми, седьмая часть конечной энергии соответствует воплощенной энергии.
Мало того, для реального получения общей воплощенной энергии следует также учитывать воплощенную энергию, получаемую за счет строительства и обслуживания электростанций. Здесь очень нужны цифры.
В Статистическом обзоре мировой энергетики BP за июнь 2018 года туэи конвертируются в кВтч «на основе теплового эквивалента, предполагающего эффективность преобразования 38% на современной тепловой электростанции».
Во Франции , по соглашению, соотношение между первичной энергией и конечной энергией в электроэнергии составляет 2,58, [27] что соответствует эффективности 38,8%.
В Германии , напротив, из-за быстрого развития возобновляемых источников энергии соотношение между первичной энергией и конечной энергией в электроэнергии составляет всего 1,8, [28] , что соответствует эффективности 55,5%.
По данным EcoPassenger , [29] общая эффективность электроэнергии составит 34% в Великобритании, 36% в Германии и 29% во Франции. [30]
По данным ассоциации négaWatt , воплощенная энергия, связанная с цифровыми услугами, составила 3,5 ТВтч/год для сетей и 10,0 ТВтч/год для центров обработки данных (половина для серверов как таковых, т.е. 5 ТВтч/год, а другая половина для зданий, в которых они размещены, т.е. 5 ТВтч/год), данные действительны во Франции на 2015 год. Организация с оптимизмом смотрит на эволюцию энергопотребления в цифровой сфере, подчеркивая достигнутый технический прогресс. [31] Проект Shift , возглавляемый Жаном-Марком Янковичи , противоречит оптимистическому видению ассоциации négaWatt и отмечает, что цифровая энергетика растет на 9% в год. [32]
