Энергетический каннибализм

• Энергетический портал

Энергетический каннибализм относится к эффекту, когда быстрый рост определенной энергетической отрасли создает потребность в энергии , которая использует (или каннибализирует) энергию существующих электростанций . Таким образом, во время быстрого роста отрасль в целом не производит новой энергии, поскольку она используется для подпитки воплощенной энергии будущих электростанций.

Теоретические основы

Для того чтобы электростанция «без выбросов» имела чистое негативное влияние на выбросы парниковых газов энергоснабжения , она должна производить достаточно электроэнергии без выбросов, чтобы компенсировать как выбросы парниковых газов, за которые она непосредственно отвечает (например, от бетона, используемого для строительства атомной электростанции), так и выбросы парниковых газов от электроэнергии, вырабатываемой для ее строительства (например, если уголь используется для выработки электроэнергии при строительстве атомной электростанции). Это может стать сложной задачей во время быстрого роста «безэмиссионной» технологии, поскольку может потребоваться строительство дополнительных электростанций старой технологии просто для того, чтобы обеспечить строительство новой «безэмиссионной» технологии.

Вывод

Во-первых, все отдельные электростанции определенного типа можно рассматривать как единую агрегатную установку или ансамбль и наблюдать за ее способностью снижать выбросы по мере ее роста. Эта способность в первую очередь зависит от срока окупаемости энергии установки. Агрегатные установки с общей установленной мощностью (в ГВт) производят: ${\displaystyle C_{T}}$

электроэнергии, где (в часах в год) — это доля времени, когда завод работает на полную мощность, — это мощность отдельных электростанций, а — общее количество заводов. Если предположить, что энергетическая отрасль растет со скоростью, , (в единицах 1/год, например, 10% роста = 0,1/год), она будет производить дополнительную мощность со скоростью (в ГВт/год) ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle C_{n}}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle r}$

Через год произведенная электроэнергия составит

Время, которое требуется отдельной электростанции, чтобы окупить себя с точки зрения энергии, необходимой ей в течение ее жизненного цикла , или время окупаемости энергии , определяется основной инвестированной энергией (в течение всего жизненного цикла), деленной на произведенную энергию (или сэкономленную энергию ископаемого топлива) в год, . Таким образом, если время окупаемости энергии типа станции составляет , (в годах,) норма инвестиций в энергию, необходимая для устойчивого роста всего ансамбля электростанций, определяется каннибалистской энергией, : ${\displaystyle E_{P}}$ ${\displaystyle E_{ann}}$ ${\displaystyle E_{P}/E_{ann}}$ ${\displaystyle E_{Can}}$

Ансамбль электростанции не будет производить никакой чистой энергии, если каннибалистическая энергия эквивалентна общей произведенной энергии. Таким образом, приравнивая уравнение ( 1 ) к ( 4 ), получаем следующие результаты:

и проделав простые алгебраические действия, это упрощается до:

Таким образом, если единица, деленная на темп роста, равна времени окупаемости энергии, то агрегатный тип энергетической установки не производит чистой энергии до тех пор, пока рост не замедлится.

Выбросы парниковых газов

Этот анализ был для энергии , но тот же анализ верен и для выбросов парниковых газов . Основные выбросы парниковых газов , выделяемые для обеспечения электростанции, деленные на компенсацию выбросов каждый год, должны быть равны единице по темпам роста типа энергии для безубыточности.

Пример

Например, если срок окупаемости энергозатрат составляет 5 лет, а прирост мощности — 20%, то чистая энергия не производится и выбросы парниковых газов не компенсируются, если единственным источником энергии для роста в период роста является ископаемое топливо.

Применение в ядерной промышленности

В статье «Термодинамические ограничения использования ядерной энергетики в качестве технологии снижения выбросов парниковых газов» необходимый темп роста, r, ядерной энергетики был рассчитан на уровне 10,5%. Этот темп роста очень похож на предел в 10% из-за примера окупаемости энергии для ядерной энергетики в США, рассчитанного в той же статье на основе анализа жизненного цикла для энергетики.

Эти результаты свидетельствуют о том, что любая энергетическая политика, направленная на сокращение выбросов парниковых газов путем развертывания дополнительных ядерных реакторов, не будет эффективной, если ядерная энергетическая промышленность в США не повысит свою эффективность .

Часть энергии, потребляемой атомными электростанциями, идет на производство бетона , который потребляет мало электроэнергии от электростанций.

Применение в других отраслях

Как и атомные электростанции, плотины гидроэлектростанций строятся с использованием большого количества бетона, что приводит к значительным выбросам CO2 _, но малому потреблению энергии. ^[1] Длительный срок службы гидроэлектростанций способствует положительному коэффициенту мощности в течение более длительного времени, чем у большинства других электростанций. ^[2]

Для экологического воздействия солнечной энергии , время окупаемости энергии системы генерации энергии - это время, необходимое для выработки того же количества энергии, которое было потреблено во время производства системы. В 2000 году время окупаемости энергии фотоэлектрических систем оценивалось в 8-11 лет ^[3] , а в 2006 году оно оценивалось в 1,5-3,5 года для кристаллических кремниевых фотоэлектрических систем ^[4] и 1-1,5 года для тонкопленочных технологий (Южная Европа). ^[4] Аналогичным образом следует учитывать окупаемость инвестиций в энергию (EROI). ^[5]

Для ветроэнергетики окупаемость энергии составляет около одного года. ^[6]

Ссылки

1. "Внешние издержки электроэнергетических систем (графический формат)". ExternE-Pol . Оценка технологий / GaBE ( Институт Пауля Шеррера ). 2005.
2. Гидроэнергетика — способ стать независимым от ископаемой энергии? Архивировано 28 мая 2008 г. в Wayback Machine
3. Эндрю Блейкерс и Клаус Вебер, «Энергоемкость фотоэлектрических систем», Центр устойчивых энергетических систем, Австралийский национальный университет, 2000.
4. Alsema, EA; Wild - Scholten, MJ de; Fthenakis, VM Влияние генерации электроэнергии на окружающую среду с помощью фотоэлектрических систем - критическое сравнение вариантов энергоснабжения ECN, сентябрь 2006 г.; 7 стр. Представлено на 21-й Европейской конференции и выставке по фотоэлектрической солнечной энергии, Дрезден, Германия, 4–8 сентября 2006 г.
5. C. Reich-Weiser, D. Dornfeld и S. Horne. Оценка и метрики окружающей среды для солнечной энергетики: исследование систем солнечных концентраторов Solfocus. Калифорнийский университет в Беркли: Лаборатория производства и устойчивого развития, 8 мая 2008 г.
6. Хаапала, Карл Р.; Премприда, Преедануд (16 июня 2014 г.). «Окупаемость ветряных турбин: оценка жизненного цикла ветряных турбин мощностью 2 мегаватта в окружающей среде». Международный журнал устойчивого производства . 3 (2): 170. doi :10.1504/IJSM.2014.062496 . Получено 30 декабря 2016 г. ветряная турбина со сроком службы 20 лет принесет чистую выгоду в течение пяти-восьми месяцев после ввода в эксплуатацию.