Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла источников энергии
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Выбросы парниковых газов являются одним из последствий производства электроэнергии на окружающую среду . Измерение выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла включает расчет глобального потепления потенциала источников энергии для посредством оценки жизненного цикла . Обычно это источники только электрической энергии, но иногда оцениваются источники тепла. [1] Результаты представлены в единицах потенциала глобального потепления на единицу электроэнергии, вырабатываемой этим источником. В шкале используется единица измерения потенциала глобального потепления — эквивалент углекислого газа (CO 2 e) и единица электрической энергии — киловатт-час (кВтч). Цель таких оценок – охватить весь срок службы источника: от добычи материалов и топлива, строительства до эксплуатации и обращения с отходами.
В 2014 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата согласовала выводы об эквиваленте углекислого газа (CO 2 e) для основных источников производства электроэнергии, используемых во всем мире. Это было сделано путем анализа результатов сотен отдельных научных работ, оценивающих каждый источник энергии. [2] Уголь , безусловно, является худшим источником выбросов, за ним следует природный газ , а солнечная, ветровая и ядерная энергия являются низкоуглеродными. Гидроэнергетика, биомасса, геотермальная энергия и энергия океана, как правило, могут быть низкоуглеродными, но плохой дизайн или другие факторы могут привести к более высоким выбросам от отдельных электростанций.
Для всех технологий не были включены достижения в эффективности и, следовательно, сокращение выбросов CO 2 e с момента публикации. Например, общий объем выбросов в течение жизненного цикла ветровой энергии , возможно, уменьшился с момента публикации. Аналогично, из-за временных рамок, в течение которых проводились исследования, ядерного реактора II поколения e для CO 2 представлены результаты , а не потенциал глобального потепления реакторов III поколения . Другие ограничения данных включают: а) отсутствие фаз жизненного цикла и б) неопределенность относительно того, где определить точку отсечения потенциала глобального потепления источника энергии. Последнее важно при оценке объединенной электрической сети в реальном мире, а не устоявшейся практики простой оценки источника энергии в отдельности.
Потенциал глобального потепления отдельных источников электроэнергии
[ редактировать ]
| Технология | Мин. | медиана | Макс. |
|---|---|---|---|
| В настоящее время коммерчески доступные технологии | |||
| Уголь – ПК | 740 | 820 | 910 |
| Газ – комбинированный цикл | 410 | 490 | 650 |
| Биомасса – выделенный | 130 | 230 | 420 |
| Солнечные фотоэлектрические системы – коммунальные услуги | 18 | 48 | 180 |
| Солнечная фотоэлектрическая система – на крыше | 26 | 41 | 60 |
| Геотермальный | 6.0 | 38 | 79 |
| Концентрированная солнечная энергия | 8.8 | 27 | 63 |
| Гидроэнергетика | 1.0 | 24 | 2200 1 |
| Ветер на море | 8.0 | 12 | 35 |
| Ядерный | 3.7 | 12 | 110 |
| Ветер на берегу | 7.0 | 11 | 56 |
| Докоммерческие технологии | |||
| Океан ( прилив и волна ) | 5.6 | 17 | 28 |
1 см. также воздействие водоемов на окружающую среду#Парниковые газы .
| Технология | гCO 2 экв/кВтч | |
|---|---|---|
| Каменный уголь | ПК , без CCS | 1000 |
| IGCC , без CCS | 850 | |
| СК , без CCS | 950 | |
| ПК с CCS | 370 | |
| IGCC с CCS | 280 | |
| СК , с CCS | 330 | |
| Природный газ | NGCC , без CCS | 430 |
| NGCC с CCS | 130 | |
| Гидро | 660 МВт [6] | 150 |
| 360 МВт | 11 | |
| Ядерный | средний | 5.1 |
| CSP | башня | 22 |
| впадина | 42 | |
| PV | поли-Si , для наземного монтажа | 37 |
| поли-Si , для установки на крыше | 37 | |
| CdTe , для наземного монтажа | 12 | |
| CdTe , для установки на крыше | 15 | |
| CIGS , наземный | 11 | |
| CIGS , монтируется на крыше | 14 | |
| Ветер | береговой | 12 |
| морской, бетонный фундамент | 14 | |
| морской, стальной фундамент | 13 | |
Список сокращений:
- ПК — пылеугольный
- CCS — улавливание и хранение углерода
- IGCC — интегрированный комбинированный цикл газификации
- СК — сверхкритический
- NGCC — комбинированный цикл природного газа
- CSP — концентрированная солнечная энергия
- PV — фотоэлектрическая энергия
Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода
[ редактировать ]По состоянию на 2020 год [update] Вопрос о том, может ли биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода быть углеродно-нейтральной или углеродоотрицательной, исследуется и является спорным. [7]
Исследования после отчета МГЭИК 2014 г.
[ редактировать ]Отдельные исследования показывают широкий диапазон оценок источников топлива, обусловленный различными используемыми методологиями. Те, кто находится на нижнем уровне, склонны исключать части жизненного цикла из своего анализа, в то время как те, кто находится на верхнем уровне, часто делают нереалистичные предположения о количестве энергии, используемой в некоторых частях жизненного цикла. [8]
После исследования IPCC 2014 года было обнаружено, что некоторые геотермальные источники выделяют CO 2 , например, некоторые геотермальные электростанции в Италии : дальнейшие исследования продолжаются в 2020-х годах. [9]
Технологии энергетики океана (приливные и волновые) относительно новы, и по ним проведено мало исследований. Основная проблема имеющихся исследований заключается в том, что они, похоже, недооценивают последствия технического обслуживания, которые могут быть значительными. Оценка около 180 океанских технологий показала, что ПГП океанских технологий колеблется от 15 до 105 гCO 2 экв/кВтч, при среднем значении 53 гCO 2 экв/кВтч. [10] В предварительном предварительном исследовании, опубликованном в 2020 году, воздействие на окружающую среду технологий подводных приливных змеев ПГП варьировалось от 15 до 37, со средним значением 23,8 гCO 2 экв/кВтч). [11] что немного выше, чем сообщалось в упомянутом ранее исследовании МГЭИК ПГП 2014 года (от 5,6 до 28, при среднем значении 17 гCO 2 экв/кВтч).
В 2021 году ЕЭК ООН опубликовала анализ жизненного цикла воздействия технологий производства электроэнергии на окружающую среду, в котором учитываются следующие воздействия: использование ресурсов (минералы, металлы); землепользование; использование ресурсов (ископаемые); водопользование; твердые частицы; фотохимическое образование озона; разрушение озона; токсичность для человека (нераковая); ионизирующее излучение; человеческая токсичность (рак); эвтрофикация (наземная, морская, пресноводная); экотоксичность (пресная вода); подкисление; изменение климата, причем последнее кратко изложено в таблице выше. [5]
В июне 2022 года Électricité de France публикует подробное исследование по оценке жизненного цикла в соответствии со стандартом ISO 14040 , показывающее, что французская ядерная инфраструктура в 2019 году производит менее 4 гCO 2 экв/кВтч. [12]
Точки отсчета расчетов и оценок срока службы растений
[ редактировать ]Поскольку большая часть выбросов от ветра, солнца и атомной энергии происходит не во время эксплуатации, если они работают дольше и производят больше электроэнергии в течение своего срока службы, то выбросы на единицу энергии будут меньше. Поэтому время их жизни имеет значение.
По оценкам, ветряные электростанции прослужат 30 лет: [13] выбросы углерода в результате модернизации после этого необходимо будет принять во внимание . Солнечные панели 2010-х годов могут иметь аналогичный срок службы: однако, как долго прослужат солнечные панели 2020-х годов (такие как перовскит), пока неизвестно. [14] Некоторые АЭС могут эксплуатироваться в течение 80 лет. [15] но другим, возможно, придется выйти на пенсию раньше по соображениям безопасности. [16] По состоянию на 2020 год [update] ожидается, что более половины атомных электростанций в мире потребуют продления лицензий, [17] и раздавались призывы к более тщательному изучению этих расширений в рамках Конвенции об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном контексте . [16]
Некоторые угольные электростанции могут работать 50 лет, а другие могут быть закрыты через 20 лет. [18] или меньше. [19] Согласно одному исследованию 2019 года, учитывая временную стоимость выбросов парниковых газов с технико-экономической оценкой, значительно увеличиваются выбросы в течение жизненного цикла от углеродоемких видов топлива, таких как уголь. [20]
Выбросы в течение жизненного цикла от отопления
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( июль 2020 г. ) |
При отоплении жилых помещений почти во всех странах выбросы от печей, работающих на природном газе, выше, чем от тепловых насосов. [21] Но в некоторых странах, таких как Великобритания, в 2020-х годах продолжаются дебаты о том, лучше ли заменить природный газ, используемый в центральном отоплении жилых домов, на водород , или же использовать тепловые насосы или, в некоторых случаях, увеличить централизованное отопление . [22]
Споры о топливном мосте из ископаемого газа
[ редактировать ]По состоянию на 2020 год [update] Вопрос о том, следует ли использовать природный газ в качестве «моста» от угля и нефти к низкоуглеродной энергетике, обсуждается в странах, зависящих от угля, таких как Индия, Китай и Германия. [23] Германия в рамках своей трансформации Energiewende заявляет о сохранении угольной энергетики до 2038 года, но о немедленном закрытии атомных электростанций, что еще больше увеличивает ее зависимость от ископаемого газа. [24]
Отсутствующие фазы жизненного цикла
[ редактировать ]Хотя оценки жизненного цикла каждого источника энергии должны пытаться охватить полный жизненный цикл источника от колыбели до могилы, они обычно ограничиваются этапами строительства и эксплуатации. Наиболее тщательно изучаются этапы добычи материалов и топлива, строительства, эксплуатации и обращения с отходами. Однако отсутствуют фазы жизненного цикла. [25] существуют для ряда источников энергии. Иногда оценки по-разному, а иногда и непоследовательно включают в себя потенциал глобального потепления, возникающий в результате вывода из эксплуатации энергоснабжающего объекта после достижения им проектного срока службы. Это включает в себя потенциал глобального потепления, связанный с возвращением объекта энергоснабжения в статус «нового объекта» . Например, процесс гидроэлектростанции сноса плотины обычно исключается, поскольку это редкая практика и мало доступных практических данных. Однако снос плотин становится все более распространенным по мере их старения. [26] Плотины большего размера, такие как плотина Гувера и плотина «Три ущелья» , предназначены для эксплуатации «вечно» при условии технического обслуживания, период, который не поддается количественной оценке. [27] Поэтому оценки вывода из эксплуатации для некоторых источников энергии обычно не учитываются, в то время как другие источники энергии включают в свои оценки этап вывода из эксплуатации.
Наряду с другими выдающимися значениями статьи, представленное медианное значение 12 г CO 2 -экв/кВтч для ядерного деления, найденное в обзоре ядерной энергетики Йельского университета 2012 года , документе, который также послужил источником ядерной оценки МГЭИК 2014 года. ценить, [28] однако включает вклад вывода установки из эксплуатации с потенциалом глобального потепления «дополнительного вывода установки из эксплуатации» в оценку полного жизненного цикла ядерного оружия . [25]
Тепловые электростанции , даже если они используют низкоуглеродистую биомассу, атомные или геотермальные Земли электростанции, напрямую добавляют тепловую энергию в глобальный энергетический баланс . Что касается ветряных турбин, то они могут изменять как горизонтальную, так и вертикальную циркуляцию атмосферы . [29] Но, хотя оба эти фактора могут незначительно изменить местную температуру, любое изменение, которое они могут оказать на глобальную температуру, невозможно обнаружить на фоне гораздо большего изменения температуры, вызванного парниковыми газами. [30]
См. также
[ редактировать ]- Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода
- Улавливание и хранение углерода
- Углеродный след
- Смягчение последствий изменения климата
- Эффективное использование энергии
- Низкоуглеродная экономика
- Атомная энергетика предлагается в качестве возобновляемой энергии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Интенсивность выбросов в течение всего жизненного цикла глобальных поставок угля и газа для производства тепла, 2018 г. – Диаграммы – Данные и статистика» . МЭА . Архивировано из оригинала 24 июня 2020 года . Проверено 30 июля 2020 г.
- ^ Результаты ядерной энергетики - гармонизация оценки жизненного цикла . Архивировано 2 июля 2013 г. на Wayback Machine , лаборатория NREL, веб-сайт Alliance For Sustainable Energy LLC, Министерство энергетики США, последнее обновление: 24 января 2013 г.
- ^ Jump up to: а б «Рабочая группа III МГЭИК – Смягчение последствий изменения климата, Приложение III: Технология – конкретные затраты и параметры производительности – Таблица A.III.2 (Выбросы отдельных технологий электроснабжения (гCO 2экв/кВтч))» (PDF) . МГЭИК. 2014. с. 1335. Архивировано (PDF) из оригинала 14 декабря 2018 года . Проверено 14 декабря 2018 г.
- ^ «Рабочая группа III МГЭИК – Смягчение последствий изменения климата, Приложение II «Метрики и методология – A.II.9.3 (Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла)» (PDF) . стр. 1306–1308. Архивировано (PDF) из оригинала 23 апреля 2021 года . Проверено 14 декабря 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с «Оценка жизненного цикла вариантов производства электроэнергии | ЕЭК ООН» . unece.org . Проверено 26 ноября 2021 г.
- ^ «Станцию мощностью 660 МВт следует рассматривать как исключение, поскольку предполагается, что транспортировка элементов конструкции плотины будет происходить на тысячи километров (что представляет лишь очень небольшую долю гидроэнергетических проектов в мире). Электростанция мощностью 360 МВт должна быть считается наиболее репрезентативным, с выбросами парниковых газов от ископаемого топлива от 6,1 до 11 г CO 2 экв/кВтч» (ЕЭК ООН, 2020, раздел 4.4.1).
- ^ «Отчет: планы правительства Великобритании по нулевому выбросу «чрезмерно полагаются» на биомассу и улавливание углерода» . Эди.нет . Архивировано из оригинала 12 августа 2020 года . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ Кляйнер, Курт (сентябрь 2008 г.). «Атомная энергетика: оценка выбросов» . Природа . 1 (810): 130–131. дои : 10.1038/climate.2008.99 .
- ^ «Выбросы CO 2 от геотермальных электростанций: оценка технических решений по обратной закачке CO 2 » (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 4 ноября 2020 г. Проверено 30 июля 2020 г.
- ^ Уихляйн, Андреас (2016). «Оценка жизненного цикла технологий энергетики океана» . Международный журнал оценки жизненного цикла . 21 (10): 1425–1437. дои : 10.1007/s11367-016-1120-y .
- ^ Каддура, Мохамад; Тивандер, Йохан; Моландер, Сверкер (2020). «Оценка жизненного цикла выработки электроэнергии из множества прототипов подводных приливных воздушных змеев» . Энергии . 13 (2): 456. дои : 10.3390/en13020456 .
- ^ «Выбросы углерода от французской атомной энергетики: 4 г CO 2 на кВтч» .
- ^ «Экономика ветра: увеличение срока службы снижает затраты на ядерную энергию» . Архивировано из оригинала 18 мая 2020 года . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ Белтон, Падрейг (1 мая 2020 г.). «Прорыв в области солнечной энергетики» . Новости Би-би-си . Архивировано из оригинала 3 мая 2020 года . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ «Каков срок службы ядерного реактора? Гораздо дольше, чем вы думаете» . Energy.gov.ru . Архивировано из оригинала 9 июня 2020 года . Проверено 24 июня 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Продление срока службы атомной электростанции: надвигающаяся катастрофа» . Беллона.орг . 30 марта 2020 года. Архивировано из оригинала 21 июня 2020 года . Проверено 25 июня 2020 г.
- ^ «Планирование долгосрочной эксплуатации атомной станции – Nuclear Engineering International» . www.neimagazine.com . Архивировано из оригинала 7 августа 2020 года . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ Цуй, Рина Юнь; Хультман, Натан; Эдвардс, Морган Р.; Он, Линланг; Сен, Ариджит; Сурана, Кавита; МакДжон, Хэвон; Айер, Гокул; Патель, Пралит; Ю, Ша; Нэйс, Тед (18 октября 2019 г.). «Количественная оценка срока службы угольных электростанций в соответствии с Парижскими целями» . Природные коммуникации . 10 (1): 4759. Бибкод : 2019NatCo..10.4759C . дои : 10.1038/s41467-019-12618-3 . ISSN 2041-1723 . ПМК 6800419 . ПМИД 31628313 .
- ^ Welle (www.dw.com), Deutsche. «Климатические активисты протестуют против новой угольной электростанции Даттельн 4 в Германии | DW | 30.05.2020» . DW.COM . Архивировано из оригинала 21 июня 2020 года . Проверено 25 июня 2020 г.
- ^ Спроул, Эван; Барлоу, Джей; Куинн, Джейсон К. (21 мая 2019 г.). «Временная стоимость выбросов парниковых газов в оценке жизненного цикла и технико-экономическом анализе» . Экологические науки и технологии . 53 (10): 6073–6080. Бибкод : 2019EnST...53.6073S . дои : 10.1021/acs.est.9b00514 . ISSN 0013-936X . ПМИД 31013067 .
- ^ Джонсон, Скотт К. (25 марта 2020 г.). «Несколько исключений из правила, согласно которому переход на электроэнергию снижает выбросы» . Арс Техника . Архивировано из оригинала 5 июня 2020 года . Проверено 30 июля 2020 г.
- ^ «Является ли водород решением проблемы нулевого отопления дома?» . Хранитель . 21 марта 2020 года. Архивировано из оригинала 4 августа 2020 года . Проверено 25 июля 2020 г.
- ^ Аль-Кувари, Омран (10 апреля 2020 г.). «Неожиданная возможность для природного газа» . Азия Таймс . Архивировано из оригинала 6 мая 2020 года . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ «Выступление Федерального канцлера Ангелы Меркель на 49-м ежегодном заседании Всемирного экономического форума в Давосе 23 января 2019 года» . Сайт федерального правительства . Архивировано из оригинала 5 марта 2021 года . Проверено 24 марта 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Уорнер, Итан С.; Хит, Гарвин А. (2012). «Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла атомной электроэнергетики: систематический обзор и гармонизация» . Журнал промышленной экологии . 16 : S73–S92. дои : 10.1111/j.1530-9290.2012.00472.x . S2CID 153286497 .
- ^ «В 2019 году рекордные 26 штатов сняли плотины» . Американские реки . Архивировано из оригинала 7 августа 2020 года . Проверено 30 июля 2020 г.
- ^ Как долго рассчитаны такие плотины, как плотина Гувера? Какая самая большая плотина когда-либо рухнула? Архивировано 4 августа 2014 года в Wayback Machine . Straightdope.com (11 августа 2006 г.). Проверено 19 февраля 2013 г.
- ^ http://srren.ipcc-wg3.de/report/IPCC_SRREN_Annex_II.pdf. Архивировано 27 июня 2013 г. на Wayback Machine, стр. 40.
- ^ Боренштейн, Сет (5 октября 2018 г.). «Исследование Гарварда показывает, что энергия ветра также может вызвать некоторое потепление» . Наука . Архивировано из оригинала 11 октября 2018 года . Проверено 10 октября 2018 г.
- ^ Маршалл, Майкл. «Нет, ветряные электростанции не вызывают глобального потепления» . Форбс . Архивировано из оригинала 24 сентября 2020 года . Проверено 30 июля 2020 г.