Энергетический каннибализм

редактировать

Энергетический портал

Энергетический каннибализм означает эффект, при котором быстрый рост конкретной отрасли производства энергии создает потребность для энергии, которая использует (или поглощает) энергию существующих электростанций. Таким образом, во время быстрого роста промышленность в целом не производит новой энергии, поскольку она используется для подпитки воплощенной энергии будущих электростанций.

Содержание

1 Теоретические основы
2 Вывод
3 Выбросы парниковых газов
4 Пример
5 Приложения в атомной промышленности
6 Приложения в других отраслях
7 Ссылки

Теоретические основы

Для того, чтобы электростанция «без выбросов» имела чистое отрицательное воздействие на выбросы парниковых газов от энергоснабжения, она должна производить достаточно безэмиссионного электричества для компенсации как выбросов парниковых газов, за которые он несет прямую ответственность (например, из бетона, используемого для строительства атомной электростанции), так и для компенсации выбросов парниковых газов от электроэнергии, произведенной для его строительства (например, если уголь используется для производства электроэнергии при строительстве атомной электростанции). Это может стать сложной задачей во время быстрого роста «безэмиссионных» технологий, потому что может потребоваться строительство дополнительных электростанций по старой технологии просто для обеспечения энергии строительства новой «безэмиссионной» технологии.

Выведение

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 роста. Эта способность в первую очередь зависит от срока окупаемости энергии установки. Агрегатные установки с общей установленной мощностью $CT {\ displaystyle C_ {T}}$ $C_ {T}$ (в ГВт) производят:

ET = t ⋅ CT = t ⋅ ∑ n = 1 NC n { \ displaystyle E_ {T} = t \ cdot C_ {T} = t \ cdot \ sum _ {n = 1} ^ {N} C_ {n}}

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

(1)

электричества, где $t {\ displaystyle t}$ $t$ (в часах в год) - это часть времени, в течение которого установка работает на полную мощность, $C n {\ displaystyle C_ {n}}$ $C_ {n}$ - мощность отдельных электростанций, а $N {\ displaystyle N}$ $N$ - общее количество станций. Если мы предположим, что энергетическая отрасль растет темпами, $r {\ displaystyle r}$ $r$ (в единицах 1 / год, например, 10% рост = 0,1 / год), она будет производить дополнительные мощности. со скоростью (в ГВт / год)

r ⋅ CT {\ displaystyle r \ cdot C_ {T}}

r \ cdot C_ {T}

(2)

Через год произведенная электроэнергия будет

r ⋅ CT ⋅ 8760 h {\ displaystyle r \ cdot C_ {T} \ cdot 8760 \, h}

r \ cdot C_ {T} \ cdot 8760 \, h

(3)

Время, которое требуется отдельной электростанции, чтобы окупить себя в виде энергии, необходимой ей сверх ее жизненный цикл, или срок окупаемости энергии, определяется основной вложенной энергией (в течение всего жизненного цикла), $EP {\ displaystyle E_ {P}}$ $E_ {P}$ , деленное на произведенную энергию (или сэкономленную энергию ископаемого топлива) в год, $E ann {\ displaystyle E_ {ann}}$ $E _ {{ann}}$ . Таким образом, если срок окупаемости энергии для типа установки составляет $EP / E ann {\ displaystyle E_ {P} / E_ {ann}}$ $E_ {P} / E _ {{ann}}$ , (в годах), уровень инвестиций в энергию, необходимый для устойчивый рост всего ансамбля электростанции обеспечивается каннибалистической энергией, $EC an {\ displaystyle E_ {Can}}$ $E _ {{Can}}$ :

EC an = EPE ann ⋅ r ⋅ CT ⋅ t {\ displaystyle E_ {Can} = {\ frac {E_ {P}} {E_ {ann}}} \ cdot r \ cdot C_ {T} \ cdot t}

E _ {{Can}} = {\ frac {E_ {P}} {E _ {{ann}}}}} \ cdot r \ cdot C_ {T} \ cdot t

(4)

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

EPE ann ⋅ r ⋅ CT ⋅ t = CT ⋅ t {\ displaystyle {\ frac {E_ {P}} {E_ { ann}}} \ cdot r \ cdot C_ {T} \ cdot t = C_ {T} \ cdot t}

{\ frac {E_ {P}} {E _ {{ann}}}} \ cdot r \ cdot C_ {T} \ cdot t = C_ {T} \ cdot t

(5)

и, выполнив некоторую простую алгебру, это упрощается до:

EPE ann = 1 r {\ displaystyle {\ frac {E_ {P}} {E_ {ann}}} = {\ frac {1} {r}}}

{\ frac {E_ {P}} {E _ {{ann}}}} = {\ frac {1} {r}}

(6)

Итак, если скорость роста выше единицы равное времени окупаемости энергии, агрегатный тип энергоустановки не производит чистой энергии, пока рост не замедлится.

Выбросы парниковых газов

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

Пример

Например, если окупаемость энергии составляет 5 лет, а рост мощности составляет 20%, чистая энергия не производится и выбросы парниковых газов не компенсируются, если единственная энергия, необходимая для роста, - это ископаемое в период роста.

Применение в атомной промышленности

В статье «Термодинамические ограничения для использования ядерной энергии в качестве технологии снижения выбросов парниковых газов» необходимый темп роста r ядерной энергетики был рассчитан как 10,5%. Этот темп роста очень похож на ограничение 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 показывают, что любая энергетическая политика, направленная на сокращение выбросов парниковых газов за счет развертывания дополнительных ядерных реакторов, не будет эффективной, если только атомная энергетика в США повышается эффективность.

Часть энергии, потребляемой на атомных электростанциях, происходит в виде производства бетона, который потребляет мало электроэнергии от электростанций.

Применение в других отраслях

Как и в случае с атомными электростанциями, плотины гидроэлектростанций строятся из большого количества бетона, что приравнивается к значительным выбросам CO2, но при низком энергопотреблении. Таким образом, длительный срок службы гидростанций способствует сохранению положительного коэффициента мощности в течение более длительного времени, чем у большинства других электростанций.

Для воздействия солнечной энергии на окружающую среду - время окупаемости энергии генерирующей энергии. система - это время, необходимое для выработки такого количества энергии, которое было израсходовано во время производства системы. В 2000 году срок окупаемости фотоэлектрических систем оценивался в 8–11 лет, а в 2006 году он оценивался в 1,5–3,5 года для фотоэлектрических систем с кристаллическим кремнием и 1–1,5 года для тонкопленочных технологий (Южная Европа). Точно так же следует учитывать окупаемость инвестиций (EROI).

Для ветроэнергетики окупаемость энергии составляет около одного года.

Ссылки