EROEI

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

EROEI (англ. energy returned on energy invested), или EROI (energy return on investment — соотношение полученной энергии к затраченной, энергетическая рентабельность[1]) в физике, экономической и экологической энергетике — отношение количества пригодной к использованию (полезной) энергии, полученной из определённого источника энергии (ресурса), к количеству энергии, затраченной на получение этого энергетического ресурса.[2][3] Если для некоторого ресурса показатель EROEI меньше или равен единице, то такой ресурс превращается в «поглотитель» энергии и больше не может быть использован как первичный источник энергии.

Вклад энергии от естественных источников[править | править вики-текст]

Естественные или природные источники энергии обычно не учитываются при расчёте вложенной (инвестированной) энергии. Учитываются лишь человеческие затраты энергии.

Например, для биотоплив не учитывается инсоляция, обеспечивающая фотосинтез, а энергия звёздного синтеза делящихся нуклидов не учитывается при расчёте EROEI для ядерной энергии. Под полученной энергией понимается только полезная энергия, а не потери, такие как тепло.

Поскольку большая часть энергии, требуемой для производства нефти из битуминозных песков, получают сжиганием дешёвых фракций, отделённых в процессе обогащения, то существуют два способа расчёта EROEI для нефти: с учётом только внешнего вклада энергии (более высокое значение коэффициента) или с учётом всех энергетических вкладов, включая генерируемые из добываемой нефти (более низкое значение).

Связь с чистым выигрышем в энергии[править | править вики-текст]

EROEI и чистый выигрыш в энергии измеряют одну и ту же величину — качество энергетического ресурса, но численно разными методами. Чистый выигрыш в энергии описывает абсолютные значения, а EROEI показывает соотношение или эффективность процесса. Они связаны простой формулой:

Всего энергии получено / Энергии затрачено = EROEI

или

(Чистый выигрыш в энергии / Затраты энергии) + 1 = EROEI

Например, для процесса с EROEI, равным 5, вычитанием 1 единицы энергии получаем чистый выигрыш в энергии, равный 4 единицы. Точке безубыточности соответствуют показатели: EROEI = 1 или чистый выигрыш в энергии = 0.

Экономическое влияние EROEI[править | править вики-текст]

EROI для разных видов топлив. Murphy & Hall 2010
EROI (для США) Топливо
1,3 Биодизельное
3,0 Битуминозные пески
80,0 Уголь
1,3 Этанол из кукурузы
5,0 Этанол из сахарного тростника
100,0 Гидроэнергетика (Hydro)
35,0 Импорт нефти, 1990 г.
18,0 Импорт нефти, 2005 г.
12,0 Импорт нефти, 2007 г.
8,0 Поиск нефтяных месторождений
20,0 Производство нефти
10.0 Природный газ, 2005 г.
10,0 Ядерная энергия (с диффузионным обогащением)
50,0 Ядерная энергия (с обогащением в центрифугах,
в реакторах на быстрых нейтронах
или в ториевых реакторах)
30,0 Нефть и газ, 1970 г.
14,5 Нефть и газ, 2005 г.
6,8 Фотоэлектричество
5,0 Горючие сланцы
1,6 Солнечный коллектор
1,9 Плоский солнечный коллектор
18,0 Ветер
35,0 Мировое производство нефти

Высокое подушевое потребление энергии считается желательным, поскольку ассоциируется с высоким стандартом жизни, обеспечиваемым энерго-затратными машинами. Общество, как правило, в первую очередь эксплуатирует энергетические ресурсы с наивысшим EROEI, поскольку они дают больше всего энергии при наименьших усилиях. После исчерпания невозобновимых высококачественных ресурсов в дальнейшем используются ресурсы со всё меньшим значением EROEI.

Например, когда впервые была открыта нефть, то в среднем одного барреля (бочки) нефти было достаточно, чтобы найти, извлечь и переработать 100 баррелей нефти. За последнее столетие это соотношение постепенно снизилось до трёх полученных баррелей на один затраченный в США и примерно 10:1 в Саудовской Аравии.[4] В 2006 году EROEI энергии ветра в Северной Америке и Европе составлял примерно 20:1,[5] что способствовало расширению её использования.

Несмотря на то, что важны и многие другие свойства энергетического ресурса (например, нефть энергонасыщенна и транспортируема, а энергия ветра переменчива), в любом случае при понижении коэффициента EROEI основных источников энергии экономики становится труднее добывать энергию, а её ценность относительно других ресурсов и товаров повышается. Таким образом, показатель EROEI важен при сравнении энергетических альтернатив. Поскольку затраты энергии на получение энергии требуют производительных усилий, при снижении EROEI всё больше долю экономики занимает получение одного и того же количества чистой энергии.

Со времён изобретения сельского хозяйства люди всё больше используют экзогенные источники энергии в дополнение к своей мускульной силе. Некоторые историки отмечали, что, в основном, использовались те энергетические ресурсы, которые легко использовать (то есть с высоким показателем EROEI), что соответствует концепции энергетических рабов. Томас Гомер-Диксон[6] показал, что снижение EROEI в поздней Римской империи было одним из факторов коллапса этой западной империи в пятом веке н. э. В книге «Верхняя сторона падения» (The Upside of Down) он высказал предположение, что анализ EROEI является базовым для анализа взлёта и падения цивилизаций и что можно вычислить их максимальную численность населения из расчёта, что на одного человека нужно 2500—3000 калорий в день. Экологический урон (обезлесение, потеря плодородия почв, в частности в южной Испании, южной Италии, Сицилии и особенно в северной Африке), начиная со 2 в. н. э., постепенно вёл Римскую империю к коллапсу, по мере падения EROEI. Минимум пришёлся на 1084 год, когда население Рима, которое в своём расцвете при Траяне составляло 1,5 миллиона, упало до 15 тыс. человек. Эта теория укладывается также в свидетельства о цикле цивилизации майя и о коллапсе цивилизации Камбоджи. Джозеф Тейнтер[7] предположил, что снижение EROEI — основная причина коллапса сложных обществ. Падение EROEI из-за истощения невоспроизводимых ресурсов представляет собой трудный вызов для промышленных экономик.

Критика EROEI[править | править вики-текст]

Расчёт коэффициента EROEI отдельно взятого физического процесса производится однозначно, но нет установленного стандарта относительно того, какие виды активности следует включать при вычислении показателя EROEI для экономического процесса. Кроме того, форма вкладываемой энергии может существенно отличаться от формы получаемой энергии. Например, энергия в форме угля может быть использована для производства этанола. При этом показатель EROEI может быть ниже единицы, но процесс всё равно полезен, ввиду преимуществ жидких топлив.

Насколько далеко следует просматривать цепочку производства инструментов, используемых для производства энергии? Например, если сталь используется для бурения нефтяных скважин или для строительства ядерного реактора, то следует ли учитывать и амортизировать энергию, затраченную на производство стали, а также энергию, затраченную на строительство металлургического завода по производству стали? Следует ли учитывать вложения энергии в строительство дорог, используемых для транспортировки товаров? А энергию на приготовление завтраков для рабочих сталелитейного завода? На эти сложные вопросы нет простых ответов. Полный расчёт потребует также учёта альтернативных издержек и сравнения общих затрат энергии в настоящее время и в случае отсутствия обсуждаемого экономического процесса.

Тем не менее, для сравнения двух энергетических ресурсов можно применять стандартную методику для определения вклада энергии. Например, учитывать сталь, но не учитывать сталелитейные заводы, то есть не рассматривать цепочку поставок дальше первого уровня.

Показатель EROEI не учитывает фактор времени. На создание солнечной батареи могла потребоваться энергия высоконасыщенного ресурса, например угля, а возврат происходит очень медленно, на протяжении многих лет. Если относительная ценность энергии растёт со временем, то отложенный возврат желателен. Некоторые исследователи считают, что формулы для показателя EROEI следует пересмотреть.

Традиционный экономический анализ не имеет формальных правил учёта отходов по итогам всего процесса производства. Например, различия в экономической и энергетической ценности отходов производства этанола крайне затрудняют расчёт показателя EROEI.

Показатель EROEI заслуживает внимания, но не может быть определяющим в энергетической политике. Энергонезависимость (снижение международной конкуренции за ограниченные природные ресурсы), снижение загрязнений (включая двуокись углерода и парниковые газы), а также доступность могут быть более важны, особенно при выборе вторичных энергоресурсов. В то время как страна может считаться обеспеченной первичными энергоресурсами только в том случае, если скорость (rate) их использования меньше или равна скорости их замещения, то для вторичных энергоресурсов это не так. Некоторая часть энергетического выигрыша от использования первичных энергоресурсов может быть использована для производства топлива для вторичных энергоресурсов, например для транспортировки.

EROEI при быстром росте[править | править вики-текст]

Существуют опасения по поводу энергетического каннибализма (потребления энергии на производство энергии), при котором рост энергетики может быть ограничен, если требуется нейтральность климата. Есть энергетические технологии, способные заменить ископаемое топливо без производства загрязняющих парниковых газов. К сожалению, неизвестно, как с их помощью обеспечить огромные масштабы современной энергосистемы, основанной на ископаемом топливе и необходимые темпы роста с учётом ограничений, накладываемых чистым выигрышем энергии в растущей индустрии. Это техническое ограничение известно как энергетический каннибализм и описывает эффект, при котором быстрый рост общего производства энергии или энергоэффективности создаёт потребность в энергии, использующей (как каннибал) энергию существующих производственных или энергетических заводов.[8]

Солнечный завод (solar breeder) позволяет решит некоторые из этих проблем. Солнечный завод — это предприятие, производящее фотоэлектрические панели, который можно сделать энергонезависимым за счёт использования энергии, полученной от применения этих панелей на его крыше. Такой завод не только энерго-независим, но и является крупным поставщиком новой энергии. Исследования в рамках этой концепции произведены Центром фотоэлектрической инженерии Университета Нового Южного Уэльса в Австралии (Centre for Photovoltaic Engineering, University of New South Wales, Australia).[9][10] Результаты исследования устанавливают определённую математическую зависимость для солнечного завода, ясно показывающую, что большое количество чистого выигрыша в энергии будет доступно благодаря такому заводу на протяжении неограниченного количества времени.[11] Компания BP Solar планировала построить такой завод в городе Фредерик (Мэриленд) в США, но идея не была реализована. Теоретически возможно создание любых типов заводов по производству энергии.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. EROI. Универсальный англо-русский словарь.
  2. Murphy, D.J. (2010). «Year in review EROI or energy return on (energy) invested». Annals of the New York Academy of Sciences 1185: 102—118. DOI:10.1111/j.1749-6632.2009.05282.x.
  3. Cutler, Cleveland Energy return on investment (EROI). The Encyclopedia of Earth (30 августа 2011). Проверено 2 сентября 2011. Архивировано из первоисточника 26 января 2013.
  4. Hall, Charles A.S. EROI: definition, history and future implications (PowerPoint). Проверено 8 июля 2009. Архивировано из первоисточника 26 января 2013.
  5. Energy Payback Period for Wind Turbines(недоступная ссылка — история). Danish Wind Energy Association. Проверено 18 августа 2010. Архивировано из первоисточника 25 мая 2010.
  6. Homer-Dixon Thomas The Upside of Down; Catastrophe, Creativity and the Renewal of Civilisation. — Island Press, 2007.
  7. Tainter Joseph The Collapse of Complex Societies. — Cambridge University Press, 1990.
  8. Pearce, J.M. Limitations of Greenhouse Gas Mitigation Technologies Set by Rapid Growth and Energy Cannibalism. Klima (2008). Проверено 6 апреля 2011. Архивировано из первоисточника 26 января 2013.
  9. The Azimuth Project: Solar Breeder. Проверено 6 апреля 2011. Архивировано из первоисточника 26 января 2013.
  10. Lindmayer, J. (1978). "The solar breeder". Proceedings, Photovoltaic Solar Energy Conference, Luxembourg, September 27—30, 1977: 825-835, Dordrecht: D. Reidel Publishing. Проверено 2011-04-06. 
  11. Lindmayer J. The Solar Breeder. — NASA, 1977.

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]