Мировое энергоснабжение и потребление

Глобальное потребление энергии, измеряемое в эксаджоулях в год: Уголь, нефть и природный газ остаются основными мировыми источниками энергии, даже несмотря на то, что возобновляемые источники энергии начали быстро расти.

Потребление первичной энергии по источникам (по всему миру) с 1965 по 2020 год.

Мировое энергоснабжение и потребление относятся к глобальному предложению энергетических ресурсов и их потреблению . Система глобального энергоснабжения состоит из развития энергетики , переработки и торговли энергией. Энергетические ресурсы могут существовать в различных формах, таких как сырьевые ресурсы или более переработанные и очищенные формы энергии. К необработанным энергетическим ресурсам относятся, например , уголь , непереработанная нефть и газ , уран . Для сравнения, к очищенным формам энергии относятся, например, очищенная нефть , которая становится топливом и электричеством . Энергетические ресурсы могут использоваться по-разному, в зависимости от конкретного ресурса (например, угля) и предполагаемого конечного использования (промышленное, жилищное и т. д.). Производство и потребление энергии играют значительную роль в мировой экономике . Он необходим в промышленности и мировом транспорте . Вся цепочка поставок энергии, от производства до конечного потребления, включает в себя множество видов деятельности, которые приводят к потере полезной энергии .

По состоянию на 2022 год потребление энергии по-прежнему будет составлять около 80% от ископаемого топлива. Страны Персидского залива и Россия являются крупными экспортерами энергоносителей. В число их клиентов входят, например, Европейский Союз и Китай , которые не производят достаточно энергии в своих странах для удовлетворения своего спроса на энергию. Общее потребление энергии имеет тенденцию к увеличению примерно на 1–2% в год. В последнее время возобновляемые источники энергии быстро растут, в среднем прирост примерно на 20% в год в 2010-х годах.

В 2022 году потребители во всем мире потратили на энергию почти 10 триллионов долларов США, в среднем более 1200 долларов США на человека. Это отражает рост на 20% по сравнению со средним показателем за предыдущие пять лет, подчеркивая значительный экономический эффект и растущее финансовое бремя потребления энергии в глобальном масштабе.

Двумя ключевыми проблемами производства и потребления энергии являются выбросы парниковых газов и загрязнение окружающей среды . Из примерно 50 миллиардов тонн ежегодных выбросов парниковых газов по всему миру, 36 миллиардов тонн углекислого газа стали результатом использования энергии (почти все из ископаемого топлива) в 2021 году. Было предусмотрено множество сценариев сокращения выбросов парниковых газов, обычно под названием « чистые нулевые выбросы» .

Потребление энергии на душу населения в Северной Америке очень велико, тогда как в менее развитых странах оно низкое и обычно более возобновляемое. Существует четкая связь между потреблением энергии на душу населения и ВВП на душу населения.

Значительный недостаток энергоснабжения называется энергетическим кризисом .

Производство первичной энергии

Дополнительная информация: Список стран по производству электроэнергии , Атомная энергетика по странам , Список стран по добыче нефти , Список стран по добыче природного газа и Список стран по добыче угля

Общее мировое потребление первичной энергии по типам в 2020 г.

  Нефть (31,2%)

  Уголь (27,2%)

  Природный газ (24,7%)

  Гидроэнергетика ( возобновляемые источники энергии ) (6,9%)

  Ядерная (4,3%)

  Прочие ( возобновляемые источники энергии ) (5,7%)

Карта мира с потреблением первичной энергии на человека в 2021 году

Первичная энергия относится к первой встречающейся форме энергии, а именно к сырым ресурсам, собранным непосредственно в результате производства энергии, до того, как произойдет какое-либо преобразование или преобразование энергии.

Производство энергии обычно классифицируют как:

• Ископаемое, использующее уголь , сырую нефть и природный газ ;
• Ядерная, использующая уран ;
• Возобновляемые источники энергии , использующие биомассу , геотермальную энергию , гидроэнергию , солнечную , ветровую , приливную , волновую энергию и другие.

Оценка первичной энергии МЭА следует определенным правилам. 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 как 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.

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».

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 приведены в миллионах тонн нефтяного эквивалента в год (1 Мтнэ = 11,63 ТВтч (41,9 петаджоулей ), где 1 ТВтч = 10 ⁹ кВтч) и % от общего количества. 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 энергетикой относится и к Enerdata.

Общий мировой объем производства энергии в 2021 году, составляющий 14 800 МТнэ, соответствует чуть более 172 ПВтч/год, или около 19,6 ТВт выработки электроэнергии.

Крупнейшие производители первичной энергии (76% мирового производства) по состоянию на 2021 год, в миллионах тонн нефтяного эквивалента в год.

	Итого (мн.э.)	Уголь	Нефть и газ	Возобновляемый	Ядерный
Китай	2,950	71%	13%	10%	6%
Соединенные Штаты	2,210	13%	69%	8%	10%
Россия	1,516	16%	78%	2%	4%
Саудовская Аравия	610	0	100%	0	0
Иран	354	0	99%	0	1%
Объединенные Арабские Эмираты	218	0	99%	0	1%
Индия	615	50%	11%	33%	6%
Канада	536	5%	81%	10%	4%
Индонезия	451	69%	17%	14%	0
Австралия	423	64%	33%	3%	0
Бразилия	325	1%	55%	42%	2%
Нигерия	249	0	47%	53%	0
Алжир	150	0	100%	0	0
ЮАР	151	91%	1%	8%	0
Норвегия	214	0	93%	7%	0
Франция	128	0	1%	34%	65%
Германия	102	27%	3%	47%	23%
Мир	14800	27%	53%	13%	7%

в 2021 году Производство электроэнергии в мире по источникам. Общая выработка составила 28 петаватт-часов .

  Уголь (36%)

  Природный газ (23%)

  Гидро (15%)

  Ядерная (10%)

  Ветер (7%)

  Солнечная (4%)

  Другое (5%)

Преобразование энергии

Нация	Экспорт минус импорт в 2021 г. (мн.э.)
Россия	682
Саудовская Аравия	388
Австралия	296
Канада	245
Индонезия	226
Норвегия	185
Италия	-114
Турция	-118
Германия	-187
Южная Корея	-239
Индия	-323
Япония	-357
Китай	-803

Первичные источники энергии преобразуются энергетическим сектором в производство энергоносителей.

Энергетические ресурсы необходимо перерабатывать, чтобы сделать их пригодными для конечного потребления. Например, в добытом сыром угле или сыром природном газе, добытом из нефтяной скважины, могут содержаться различные примеси, которые могут сделать его непригодным для сжигания на электростанции.

Первичная энергия разными способами преобразуется в энергоносители , также известную как вторичная энергия:

• Уголь в основном идет на тепловые электростанции . Кокс получают путем деструктивной перегонки каменного угля.
• Сырая нефть поступает в основном на нефтеперерабатывающие заводы.
• Природный газ поступает на заводы по переработке природного газа для удаления таких загрязнений, как вода, углекислый газ и сероводород, а также для регулирования теплотворной способности. Его используют в качестве топливного газа, в том числе на тепловых электростанциях.
• Тепло ядерных реакций используется на тепловых электростанциях.
• Биомасса используется напрямую или перерабатывается в биотопливо .

электроэнергии Генераторы 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.

Торговля энергией

Дополнительная информация: Торговля энергией.

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. Экспорт российского газа значительно сократился в 2022 году. поскольку трубопроводы в Азию плюс экспортные мощности СПГ намного меньше, чем газ, который больше не отправляется в Европу .

Транспортировка энергоносителей осуществляется танкерами , автоцистернами , перевозчиками СПГ , железнодорожным грузовым транспортом , трубопроводным транспортом и путем передачи электроэнергии .

Общий запас энергии

Общий объем энергоснабжения и первичной энергии (в млн. т.н.э.)

	ТЭС	НА
Китай	3,650	2,950
Индия	927	615
Россия	811	1,516
Япония	400	52
Южная Корея	298	151
Канада	289	536
Германия	286	102
Саудовская Аравия	219	610

Мировая история ТЭС (в миллионах тонн энергетического эквивалента)

Год	ТЭС
1990	8,700
2000	9,900
2010	12,600
2019	14,400
2020	13,800
2021	14,500

Общее энергоснабжение (TES) показывает сумму производства и импорта за вычетом изменений экспорта и хранения. 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.

25% мировой первичной продукции используется для переработки и транспортировки, а 6% — для неэнергетической продукции, такой как смазочные материалы, асфальт и нефтехимия . В 2019 году TES составлял 606 ЭДж, а конечное потребление — 418 ЭДж, или 69% TES. Большая часть энергии, теряемой при преобразовании, происходит на теплоэлектростанциях и в энергетической отрасли для собственного использования.

Дискуссия о потере энергии

Дополнительная информация: Качество энергии и топливные элементы § Теоретическая максимальная эффективность.

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 станциях происходят из-за плохого преобразования химической энергии топлива в электричество при сжигании. Химическая энергия топлива не является по своей сути низкокачественной; например, преобразование в электричество в топливных элементах теоретически может приближаться к 100%. Таким образом, потери энергии на тепловых электростанциях — это реальные потери.

Конечное потребление

Общее мировое конечное потребление составило 9 717 млн ​​т н.э. по регионам в 2017 г. (МЭА, 2019 г.)

  ОЭСР (38,2%)

  Ближний Восток (5,1%)

  Евразия, не входящая в ОЭСР (7,5%)

  Китай (20,6%)

  Остальная часть Азии (13,5%)

  Америка, не входящая в ОЭСР (4,8%)

  Африка (6,1%)

  Международная авиация и морские бункеры (4,2%)

Общее конечное потребление (TFC) — это мировое потребление энергии конечными пользователями (тогда как потребление первичной энергии (Евростат) или общее энергоснабжение (IEA) представляет собой общий спрос на энергию и, таким образом, также включает в себя то, что энергетический сектор использует сам, а также потери при преобразовании и 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. В 2018 году доля возобновляемых источников энергии в мире составила 18%: 7% — традиционная биомасса, 3,6% — гидроэнергетика и 7,4% — другие возобновляемые источники энергии.

В период 2005–2017 годов конечное потребление угля в мире выросло на 23%, нефти и газа — на 18%, а электроэнергии — на 41%.

Топливо бывает трех типов: ископаемое топливо — это 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.

Конечное потребление в большинстве стран-пользователей на душу населения (по состоянию на 2018 г.)

	Топливо Вытащи его	из которых возобновляемый	Электричество Вытащи его	из которых возобновляемый	ТФК пп затем
Китай	1,436	6%	555	30%	1.4
Соединенные Штаты	1,106	8%	339	19%	4.4
Европа	982	11%	309	39%	2.5
Африка	531	58%	57	23%	0.5
Индия	487	32%	104	25%	0.4
Россия	369	1%	65	26%	3.0
Япония	201	3%	81	19%	2.2
Бразилия	166	38%	45	78%	1.0
Индонезия	126	21%	22	14%	0.6
Канада	139	8%	45	83%	5.0
Иран	147	0%	22	6%	2.1
Мексика	95	7%	25	18%	1.0
Южная Корея	85	5%	46	5%	2.6
Австралия	60	7%	18	21%	3.2
Аргентина	42	7%	11	27%	1.2
Венесуэла	20	3%	6	88%	0.9
Мир	7050	14%	1970	30%	1.2

В следующей таблице показаны страны, потребляющие больше всего (85%) в Европе.

Страны, потребляющие больше всего (85%) в Европе по состоянию на 2018 год.

Страна	Топливо Вытащи его	из которых возобновляемый	Электричество Вытащи его	из которых возобновляемый
Германия	156	10%	45	46%
Франция	100	12%	38	21%
Великобритания	95	5%	26	40%
Италия	87	9%	25	39%
Испания	60	10%	21	43%
Польша	58	12%	12	16%
Украина	38	5%	10	12%
Нидерланды	36	4%	9	16%
Бельгия	26	8%	7	23%
Швеция	20	35%	11	72%
Австрия	20	19%	5	86%
Румыния	19	20%	4	57%
Финляндия	18	34%	7	39%
Португалия	11	20%	4	67%
Дания	11	15%	3	71%
Норвегия	8	16%	10	100%

Энергия ради энергии

Основная статья: Окупаемость инвестиций в энергию

Некоторая часть топлива и электроэнергии используется для строительства, обслуживания и сноса/переработки установок, производящих топливо и электроэнергию, таких как нефтяные платформы урана , сепараторы изотопов 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 .

Доступность данных

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), ежегодно продает комплексные данные об энергетике, что делает эти данные платными и труднодоступными для пользователей Интернета . С другой стороны, организация Enerdata публикует бесплатный Ежегодник, что делает данные более доступными. Еще одной заслуживающей доверия организацией, предоставляющей точные данные об энергетике, в основном касающейся США, является Управление энергетической информации США .

Тенденции и перспективы

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.

Сценарии МЭА

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» . МЭА предлагает три сценария:

1. Сценарий заявленной политики (STEPS) предоставляет прогноз, основанный на последних настройках политики. Доля ископаемого топлива в мировом энергоснабжении, которая на протяжении десятилетий оставалась на уровне около 80%, начинает снижаться и к 2030 году достигнет 73%. Это подрывает обоснование любого увеличения инвестиций в ископаемое топливо. К 2030 году возобновляемые источники энергии будут обеспечивать 80% новых энергетических мощностей, причем только солнечные фотоэлектрические системы будут составлять более половины. Согласно STEPS, пик выбросов CO2, связанных с энергетикой, _{придется} на середину 2020-х годов, но выбросы остаются достаточно высокими, чтобы поднять среднюю глобальную температуру примерно до 2,4 °C в 2100 году. Общий спрос на энергию продолжит расти до 2050 года. Общий объем инвестиций в энергетику остается на уровне около 3 триллионов долларов США в год.
2. Сценарий объявленных обязательств (APS) предполагает, что все национальные цели в области энергетики и климата, поставленные правительствами, будут выполнены в полном объеме и в срок. АПС связан с повышением температуры на 1,7 °C в 2100 году (с вероятностью 50%). Общий объем инвестиций в энергетику вырастет примерно до 4 триллионов долларов США в год после 2030 года.
3. Сценарий «Чистые нулевые выбросы к 2050 году» (NZE) ограничивает глобальное потепление до 1,5 °C. Доля ископаемого топлива достигнет 62% в 2030 году. Выбросы метана от поставок ископаемого топлива сократятся на 75% в 2030 году. Общий объем инвестиций в энергетику вырастет почти до 5 триллионов долларов США в год после 2030 года. Инвестиции в чистую энергетику должны расти повсюду, но самый резкий рост необходим в странах с формирующимся рынком и развивающихся странах, за исключением Китая, что требует усиленной международной поддержки. Доля электроэнергии в конечном потреблении превысит 50% к 2050 году в Новой Зеландии. Доля атомной энергетики в производстве электроэнергии остается в целом стабильной во времени во всех сценариях и составляет около 9%.

В отчете МЭА «Электричество 2024» подробно описывается рост мирового спроса на электроэнергию на 2,2% в 2023 году, прогнозируется ежегодный рост на 3,4% до 2026 года, при этом заметный вклад будут оказывать развивающиеся экономики, такие как Китай и Индия , несмотря на спад в странах с развитой экономикой из-за экономического и экономического спада. инфляционное давление. В отчете подчеркивается значительное влияние центров обработки данных, искусственного интеллекта и криптовалюты , прогнозируя потенциальное удвоение потребления электроэнергии до 1000 ТВт-ч к 2026 году, что соответствует нынешнему уровню потребления в Японии . Примечательно, что 85% дополнительного спроса, как ожидается, будет исходить из Китая и Индии, при этом спрос только в Индии, по прогнозам, будет расти более чем на 6% ежегодно до 2026 года, что обусловлено экономическим ростом и увеличением использования систем кондиционирования воздуха. По прогнозам, спрос на электроэнергию в Юго-Восточной Азии будет расти на 5% ежегодно до 2026 года. Напротив, потребление электроэнергии на душу населения в Африке застопорилось, без ожидаемого значительного роста до конца 2026 года. В Соединенных Штатах в 2023 году наблюдалось снижение. , но в ближайшие годы ожидается умеренный рост, в основном за счет центров обработки данных. В 2023 году в Европейском Союзе произошло значительное падение потребления до минимума за последние два десятилетия, при этом ожидается лишь постепенное восстановление. В докладе также ожидается, что рост производства электроэнергии из источников с низким уровнем выбросов будет удовлетворять рост глобального спроса в течение следующих трех лет, а возобновляемые источники энергии, по прогнозам, превзойдут уголь к началу 2025 года.

Альтернативные сценарии

Цель Парижского соглашения по ограничению изменения климата будет труднодостижимой. Были разработаны различные сценарии достижения целей Парижского климатического соглашения с использованием данных МЭА, но с предложением перехода почти на 100% возобновляемых источников энергии к середине столетия, а также таких шагов, как восстановление лесов. Ядерная энергетика и улавливание углерода исключены из этих сценариев. 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.

В сценарии +2,0 C (глобальное потепление) общий спрос на первичную энергию в 2040 году может составить 450 ЭДж = 10 755 Мт н. э. или 400 ЭДж = 9 560 М т н.э. 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.

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. Среднегодовые инвестиции, необходимые в период с 2015 по 2050 год, включая затраты на дополнительные электростанции по производству водорода и синтетического топлива, а также на замену станций, составят около 1,4 триллиона долларов.

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.

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.

См. также

• Энергетика
• Воздействие энергетической отрасли на окружающую среду
• Бытовое потребление энергии
• Потребление электроэнергии
• Управление спросом на энергию
• Развитие энергетики
• Энергоемкость
• Энергетическая политика
• Энергетическая безопасность и возобновляемые технологии
• Устойчивая энергетика
• Мировой энергетический прогноз
• Мировые энергетические ресурсы

Списки

• Список стран по энергоемкости
• Список стран по выбросам углекислого газа
• Список стран по потреблению электроэнергии
• Список стран по производству электроэнергии
• Список стран по потреблению энергии на душу населения
• Список стран по выбросам парниковых газов
• Список стран по производству возобновляемой электроэнергии
• Список стран по потреблению и производству энергии
• Список тем возобновляемой энергетики по странам и территориям

Внешние ссылки

• Enerdata - Мировая энергетическая и климатическая статистика
• Международный обзор энергетики , Управление энергетической информации США.
• Мировой энергетический прогноз от МЭА