Переход на системы возобновляемых источников энергии может не повлечь за собой снижение чистой энергии

Энергетические этапы и границы анализа.Диаграмма первичных, окончательных и полезных энергетических этапов и границ, используемых для вычислений EROI на окончательной и полезной стадии в этом исследовании.Первичная этап иногда называется точкой извлечения или устья шахты (актуально для ископаемого топлива), а окончательный этап в качестве точки использования.Полезный этап может рассматриваться как этап потребления, в той степени, в которой этот этап отражает эффективность, с которой используется конечная энергия, и способствует предоставлению энергетической службы.Кредит: Nature Energy (2024).Doi: 10.1038/s41560-024-01518-6

Исследователи энергии пытались понять последствия перехода к полностью возобновляемой энергии на протяжении десятилетий.Некоторые прошлые исследования показали, что технологии генерирования энергии из возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели и ветряные турбины, могут не генерировать столько чистой энергии (то есть энергия, оставшаяся после учета потребляемой энергии для генерации власти)Основные топливные аналоги.

Исследователи из Университета Лидса недавно провели исследование, направленное на дальнейшее изучение степени, в которой эта идея является правдой, путем сравнения предполагаемой чистой энергии, производимой сжиганием ископаемого топлива, с технологией устойчивой энергетики.Результаты их анализа, опубликованные в Nature Energy, показывают, что переход к системам возобновляемых источников энергии может фактически не влечет за собой снижение чистой энергии.

«Для данной энергетической системы возврат энергии при инвестициях (EROI) относится к соотношению энергии, предоставленной обществу, разделенной на инвестированную энергию»,-сказал Tech Xplore Эммануэль Арамендия, соавтор статьи.«Распространенным и устойчивым мнением является то, что ископаемое топливо имеет более высокую эроис, чем возобновляемая энергия, и, следовательно, возвращает значительно более чистую энергию в общество, чем системы возобновляемых источников энергии. Эта точка зрения ставит под сомнение возможность низкоуглеродистого перехода без резкого сокращения стандартов жизни».

Предыдущие исследования обычно определяли отдачу энергии ископаемого топлива на первичной стадии экстракции (то есть энергия, извлеченная из нефтяных скважин или на других участках).Напротив, возврат систем возобновляемых источников энергии, как правило, определяется количественно на конечной стадии энергии (то есть энергия, доставляемая пользователям в виде электроэнергии).

Эти исследования показывают, что ископаемое топливо производит значительно более полезную энергию, чем возобновляемые источники энергии.Недавняя работа, в том числе статья, опубликованная в Nature Energy в 2019 году, показала, что при сравнении возврата энергии на конечной стадии энергии энергия возврата ископаемого топлива и возобновляемых источников энергии была не так далеко друг от друга.Тем не менее, даже эти работы не принимали во внимание факторы, которые можно оценить только путем проведения анализа на стадии полезной энергетики.

«Предыдущая работа до сих пор не смогла объяснить тот факт, что системы возобновляемых источников энергии, такие как солнечная фотоэлектрическая энергия и энергия ветра, обеспечивают электроэнергию, которая в среднем используется с гораздо более высокой эффективностью окончательной-используемой эффективности (то есть эффективность, с которой конечный носитель энергиипреобразуется в энергетический поток, ценный для общества, например, жара, мобильность и т. Д.)

«Например, эффективность двигателя внутреннего сгорания (например, бензин или дизельное транспортное средство) находится в диапазоне 25-35%, в то время как эффективность электромобиля составляет около 80%. В нашей работе мы расширяем границу анализана полезную энергетическую стадию для учета последствий эффективности окончательного и использования ».

В рамках своего недавнего исследования Арамендия и его коллеги проанализировали данные, собранные Международным энергетическим агентством, с целью определения непосредственного использования энергии (то есть энергетического использования in situ) индустрии ископаемого топлива.Они также использовали модель входного вывода Exiobase, базу данных, содержащую монетарные и энергосбережные данные, полученные из 43 стран по всему миру, для определения косвенного использования энергии, полученной в ископаемом топливе (то есть использование энергии в цепочке поставок).

«Это дало нам финальную стадию Eroi of Fossil Fuels, за период 1971-2019 гг.,-объяснил Арамендия.«Затем мы использовали энергетическую базу данных, недавно разработанную в Университете Лидса, описывающие энергетические потоки до полезной энергетической стадии, и, следовательно, явно представляя (окончательную-использование) эффективность энергетических носителей. Используя среднюю эффективность из базы данных, мы могли быОпределите полезную стадию эрои ископаемого топлива. ”

Наконец, исследователи сравнили энергетические характеристики ископаемого топлива с производительностью систем возобновляемых источников энергии (то есть фотоэлектрической и ветряной турбины).Их сравнение основывалось на значениях EROI, которые они определили для ископаемого топлива, адаптировали эффекты эффективности окончательного и использования и значений EROI, которые они получали от существующей литературы, сосредоточенной на солнечных батареях и мощности ветра.

«Наша работа отклоняет постоянный повествование, в соответствии с которым ископаемое топливо имеет гораздо более высокую чистую энергию, чем возобновляемые источники энергии, и, согласно которому переход к возобновляемым источникам энергии может сопровождаться только падение стандартов жизни», - сказал Арамендия.«Действительно, наши результаты показывают, что на полезной стадии в среднем на полезных условиях эрои ископаемого топлива (3,5: 1 против 8,5: 1 на последней стадии), что связано с очень низкой средней и использованной эффективностьюископаемого топлива. ”

Результаты анализа, проведенные этой группой исследователей, решительно задают вопрос о предыдущих аргументах о высоких чистых энергетических показателях ископаемого топлива.Вместо этого они предполагают, что системы возобновляемых источников энергии могут в конечном итоге обеспечить общество схожими уровнями чистой энергии, особенно при количественной оценке на стадии полезной энергии.

«Инвестирование энергии в создание инфраструктуры возобновляемой энергии очень полезно для общества не только с точки зрения смягчения изменения климата, но и с точки зрения будущей доступности энергии», - сказал Арамендия.«Энергетическая производительность возобновляемых источников энергии превосходит результаты ископаемого топлива. Это особенно актуально в контексте быстро растущего глобального спроса на энергетики, особенно в развивающихся странах, где возобновляемые источники энергии имеют самый высокий потенциал для обеспечения желаемого увеличения спроса на энергию».

Результаты, собранные Арамендией и его сотрудниками, могут вдохновить правительства и политики продолжать вводить меры, которые поддерживают развертывание систем возобновляемых источников энергии.Кроме того, они могут способствовать новым инициативам, способствуя развертыванию этих систем в разработке и географических регионах с низким доходом.

«Будущие исследования должны рассмотреть возможность определения путей смягчения последствий, которые обеспечивают быстрое отопление ископаемого топлива, так и достаточное количество чистого энергоснабжения для обеспечения хороших стандартов жизни для всех»,-добавил Арамендия.«Аспекты, которые требуют пристального внимания,- это внутри- и международное неравенство с точки зрения доступа к энергетическим услугам и первоначальные инвестиции в энергетику, необходимые для перехода на энергетический переход, которые могут временно уменьшить чистую энергию, доступную для общества на ранних стадиях перехода. ”

More information: Emmanuel Aramendia et al, Estimation of useful-stage energy returns on investment for fossil fuels and implications for renewable energy systems, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01518-6