Энергетический каннибализм

Энергетический каннибализм — это эффект, при котором быстрый рост конкретной энергопроизводящей отрасли создает потребность в энергии , которая использует (или поглощает) 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 воздействие на выбросы парниковых газов от источника энергии, без выбросов она должна производить достаточно электроэнергии , чтобы компенсировать выбросы парниковых газов, за которые она несет прямую ответственность (например, от используемого бетона). для строительства атомной электростанции) и для компенсации выбросов парниковых газов от электроэнергии, вырабатываемой для ее строительства (например, если уголь используется для выработки электроэнергии при строительстве атомной электростанции). Это может стать проблемой во время быстрого развития «безэмиссионной» технологии, поскольку может потребоваться строительство дополнительных электростанций старой технологии просто для обеспечения строительства новой «безэмиссионной» технологии.

Вывод

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

$E_{T}=t\cdot C_{T}=t\cdot \sum _{n=1}^{N}C_{n}$ ( 1 )

электроэнергии, где $t$ (в часах в год) — доля времени, в течение которого установка работает на полную мощность, $C_{n}$ мощность отдельных электростанций и $N$ это общее количество растений. Если предположить, что энергетическая отрасль растет темпами, $r$, (в единицах 1/год, например, 10% рост = 0,1/год) он будет производить дополнительную мощность со скоростью (в ГВт/год)

$r\cdot C_{T}$. ( 2 )

Через год произведенная электроэнергия составит

$r\cdot C_{T}\cdot 8760\,h$. ( 3 )

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 вложенной энергией (в течение всего жизненного цикла), $E_{P}$, разделенный на произведенную энергию (или сэкономленную энергию ископаемого топлива) в год, $E_{ann}$. Таким образом, если время окупаемости энергии для типа электростанции составляет $E_{P}/E_{ann}$, (в годах) норма инвестиций в энергию, необходимая для устойчивого роста всего ансамбля электростанций, определяется каннибалистической энергией, $E_{Can}$:

$E_{Can}={\frac {E_{P}}{E_{ann}}}\cdot r\cdot C_{T}\cdot t$ ( 4 )

Ансамбль электростанции не будет производить никакой чистой энергии, если каннибалистическая энергия эквивалентна общей произведенной энергии. Итак, установив уравнение ( 1 ) равным ( 4 ), получим следующие результаты:

${\frac {E_{P}}{E_{ann}}}\cdot r\cdot C_{T}\cdot t=C_{T}\cdot t$ ( 5 )

и, выполнив простую алгебру, это упрощается до:

${\frac {E_{P}}{E_{ann}}}={\frac {1}{r}}$ ( 6 )

Таким образом, если единица сверх темпа роста равна времени окупаемости энергии, энергетическая установка агрегатного типа не производит чистой энергии до тех пор, пока рост не замедлится.

Выбросы парниковых газов

Этот анализ был посвящен энергетике , но тот же анализ справедлив и для выбросов парниковых газов . Чтобы обеспечить безубыточность, основные выбросы парниковых газов, выделяемые для обеспечения электростанции, разделенные на компенсацию выбросов каждый год, должны быть равны единице сверх темпа роста типа энергии.

Пример

Например, если окупаемость энергии составляет 5 лет, а рост мощности составляет 20%, чистая энергия не производится и выбросы парниковых газов не компенсируются, если единственным источником энергии для роста является ископаемое топливо в течение периода роста.

Применение в атомной промышленности

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

Эти результаты показывают, что любая энергетическая политика, направленная на снижение выбросов парниковых газов за счет размещения дополнительных ядерных реакторов , не будет эффективной, если атомная энергетика в США не повысит свою эффективность .

Часть энергии, потребляемой атомными электростанциями, происходит за счет производства бетона , который потребляет мало электроэнергии на электростанциях.

Применение в других отраслях

Как и в случае с атомными электростанциями, плотины гидроэлектростанций строятся из большого количества бетона, что приводит к значительным выбросам CO ₂ при небольшом потреблении энергии. Длительный срок службы гидростанций способствует положительному коэффициенту мощности в течение более длительного времени, чем у большинства других электростанций.

Что касается воздействия солнечной энергии на окружающую среду , время окупаемости энергии энергогенерирующей системы — это время, необходимое для выработки такого количества энергии, которое было потреблено во время производства системы. В 2000 году срок окупаемости фотоэлектрических систем оценивался в 8–11 лет. а в 2006 году этот срок оценивался в 1,5–3,5 года для фотоэлектрических систем из кристаллического кремния. и 1-1,5 года для тонкопленочных технологий (Южная Европа). Аналогичным образом рентабельность инвестиций в энергию (EROI). следует учитывать

Для ветроэнергетики окупаемость энергии составляет около одного года.