Míra návratnosti energie

Míra návratnosti energie nebo TRE - anglické zkratky  : EROEI , „  Energy Returned On Energy Invested  “ , ERoEI , nebo EROI , „  Energy Return on Investment  “ se používají také ve francouzštině  - je využitelná energie získaná z energetického vektoru , vztahující se k množství energie vynaložené na získání této energie. Když je ERR zdroje menší nebo roven 1, stává se tento zdroj energie „energetickým jímačem“ a již jej nelze považovat za zdroj energie , protože výdaje jsou větší než výsledek .

TRE=využitelná energievynaložená energie{\ displaystyle TRE = {\ frac {\ hbox {využitelná energie}} {\ hbox {vynaložená energie}}}}

Vztah k čistému energetickému zisku

TRE považuje jediný zdroj energie. Čistá energie popisuje množství vyjádřené v joulech nebo kWh , zatímco ERR je bezrozměrný poměr a udává efektivitu výrobního procesu.

Použitelná energie je součet čisté energie a vynaložené energie, takže poměr je definován vzorcem:

TRE=čistá energie+vynaložená energievynaložená energie{\ displaystyle TRE = {\ frac {{\ hbox {čistá energie}} + {\ hbox {vynaložená energie}}} {\ hbox {vynaložená energie}}}}neboTRE=čistá energievynaložená energie+1{\ displaystyle TRE = {\ frac {\ hbox {čistá energie}} {\ hbox {vynaložená energie}}} + 1}

Pro lepší pochopení definujeme relativní čistou energii:

čistá energiečistá energie+vynaložená energie{\ displaystyle {\ frac {\ hbox {čistá energie}} {{\ hbox {čistá energie}} + {\ hbox {vynaložená energie}}}}}

Relativní čistá energie, která odpovídá podílu dostupné energie, je vyjádřena jako , s vědomím, že 100% doplněk této relativní čisté energie lze ve skutečnosti považovat za vlastní spotřebu. 1-1TRE{\ displaystyle 1 - {\ frac {1} {TRE}}}

Pro proces s ERR 1 je tedy energetický zisk nulový. Na grafu vidíme, že veškerá vyrobená energie je spotřebována sama. Pro ERR 5, použití jedné energetické jednotky dává čistý energetický zisk 4 jednotky. Na grafu vidíme, že v tomto případě je k dispozici 80% vyrobené energie, ale 20% energie je spotřebováno samo.

Míra energetické návratnosti hlavních energetických zdrojů

Výpočet ERR je založen na odhadu množství primární energie potřebné k extrakci posuzovaného zdroje energie. Neexistuje shoda ohledně metody výpočtu ERR, takže je navrhováno několik odhadů pro stejnou energii.

Níže uvedená tabulka, sestavená z tabulky zveřejněné společností ASPO Italy v roce 2005 a doplněná o odhady Cutler J. Cleveland  (v) téhož roku, nabízí kompilaci odhadů ERR hlavních energetických zdrojů k tomuto datu nebo dříve:

Zdroje energie	TRE Cleveland	TRE Elliott	TRE Hore-Lacy	TRE (ostatní)
Fosilní paliva
Ropa - do roku 1940 - do roku 1970 - 2005 („dnes“)	> 100 23 8	50 - 100		5 - 15
Uhlí - do roku 1950 - do roku 1970	80 30	2 - 7	7 - 17
Zemní plyn	1 - 5		5 - 6
Ropné břidlice	0,7 - 13,3			<1?
Nukleární energie	5 - 100	5 - 100	10 - 60	<1
Obnovitelné energie
Biomasa		3 - 5	5 - 27
Vodní energie	11.2	50 - 250	50 - 200
Síla větru		5 - 80	20
Solární energie - Solární tepelná energie - Konvenční fotovoltaika - Tenkovrstvá fotovoltaika	4,2 1,7 - 10	3 - 9	4 - 9	<1 25 - 80
Ethanol - cukrová třtina - kukuřice - zbytky kukuřice	0,8 - 1,7 1,3 0,7 - 1,8			0,6 - 1,2
Metanol (dřevo)	2.6

Podle výzkumníka Václava Smila mají největší větrné turbíny umístěné na místech nejvíce vystavených větru ERR blízké 20, ale většina má ERR pod 10. Dodává: „na dlouhou dobu - dokud nebudou energie používané k výrobě větrných turbín [...] pocházejí z obnovitelné energie - moderní civilizace bude i nadále zásadně závislá na fosilních palivech “ .

Na občasné zdroje energie mají TRE mnohem nižší než u konvenční energie.

Hodnoty uvedené v literaturách by však měly být vždy přijímány s mírou.

V mnoha publikovaných studiích výroby elektřiny EROI bohužel chybí jasná definice systémových hranic.

"Bohužel v mnoha studiích o ERR výroby elektřiny chybí jasná definice perimetru." "

Zvláště si povšimneme role skladování a rovnováhy mřížky pro elektrický vektor. Specifické studie se týkají ERR skladování. K analýze těchto systémů se používá související opatření, Energy Stored On Energy Invested (ESOEI).

ESOI e nebo ESEI e je poměr energie uložené během životnosti paměťového zařízení k množství energie potřebné k sestavení zařízení.

Technologie skladování	ESOEI
Olověný akumulátor	5
Cívka toku zinku	9
Redox vanadová baterie	10
Akumulátor sodíku a síry	20
Lithium-iontový akumulátor	32
Vodní čerpána skladování	704
Geologické skladování stlačeným vzduchem	792

Zohlednění těchto systémů pro přerušované primární vektory snižuje ERR systémů, které je používají. Rovnováha mezi výrobou a spotřebou proto ovlivňuje hodnocení ERR. Studie různých režimů úložiště mohou osvětlit technické možnosti. Barnhart a kol. doporučit jiné úložiště pro solární a větrnou energii:

Z pohledu čisté energie lze elektřinu vyrobenou pomocí solárních fotovoltaických technologií efektivně ukládat pomocí všech vynesených technologií, zatímco větrná energie by měla být skladována s energeticky výhodnějšími možnostmi skladování, jako jsou PHS a CAES.

„Z pohledu čisté energie lze elektřinu vyrobenou pomocí solární fotovoltaické technologie účinně ukládat všemi prezentovanými technikami (v článku a tabulce výše), zatímco větrná energie by měla být skladována ve výhodnějším režimu, jako je například přečerpávací nebo geologické úložiště stlačeného vzduchu. "

Ekonomický vliv konceptu TRE

Někteří považují vysokou spotřebu energie za žádoucí, pokud je spojena s vysokou životní úrovní (sama o sobě založená na použití strojů s vysokou spotřebou energie).

Obecně bude společnost upřednostňovat energetické zdroje s nejvyšší možnou ERR, pokud poskytují maximální energii pro minimální úsilí. U neobnovitelných zdrojů energie dochází k postupnému přechodu ke zdrojům, které těží z nižší ERR, kvůli vyčerpání kvalitnějších zdrojů.

Když se tedy ropa začala používat jako zdroj energie, stačil v průměru jeden barel na nalezení, těžbu a rafinaci asi 100 barelů. Tento poměr se v průběhu minulého století stabilně snižoval a dosáhl úrovně 3 použitelných barelů za 1 spotřebovaný barel (a kolem 10 ku jedné v Saúdské Arábii).

V roce 2006 byl ERR pro větrnou energii v Severní Americe a Evropě 20/1, což vedlo k jeho masivnímu přijetí.

Bez ohledu na vlastnosti daného zdroje energie (například ropa je energetický koncentrát, který se snadno přepravuje, zatímco energie větru je přerušovaná), jakmile se sníží ERR hlavních zdrojů energie, bude získávání energie obtížnější. a proto se jeho cena zvyšuje.

Od objevení ohně se lidé při zvyšování svalové síly a zlepšování životní úrovně stále více spoléhají na exogenní zdroje energie.

Někteří historici přisuzovali zlepšení kvality života snadnějšímu využívání energetických zdrojů (tj. Lepšímu ERR). To se promítá do koncepce „  energetického otroka  “.

Tato míra návratnosti je jedním z vysvětlení energetické slepé uličky, kterou navrhl Nicholas Georgescu-Roegen ve svých různých pracích a hlavně ve svém článku „Energetické a ekonomické mýty“.

Thomas Homer-Dixon ukazuje, že pokles TAR v posledních letech Římské říše byl jeden z důvodů pádu Západořímské říše v V th  století našeho letopočtu. AD Ve své knize The Upside of Down (dosud nepřeložené do francouzštiny) naznačuje, že TRE může částečně vysvětlit expanzi a úpadek civilizací. V době maximálního rozšíření Římské říše (60 milionů obyvatel) byly zemědělské komodity ovlivněny poměrem 12/1 na ha u pšenice a 27/1 u vojtěšky (což udávalo poměr 2,7: 1 pro produkci hovězího masa) ). Můžeme pak vypočítat, že s přihlédnutím k základně 2 500 až 3 000 kalorií denně a na osobu byla většina dostupné zemědělské plochy poté věnována stravování občanů říše. Ale škody na životním prostředí, odlesňování, klesající úrodnost půdy, zejména v jižním Španělsku, jižní Itálii a severní Africe, přinesl kolaps systému od druhé th  století Dub. AD Podlahu bylo dosaženo v roce 1084, kdy počet obyvatel Říma klesl na 15 000, kde vyvrcholilo pod Trajanem 1,5 milionu. Stejná logika platí také pro pád mayské civilizace a pád Khmerské říše v Angkoru. Joseph Tainter rovněž považuje pokles ERR za jednu z hlavních příčin zhroucení složitých společností.

Pokles ERR (zejména v Číně ) spojený s vyčerpáním neobnovitelných zdrojů představuje výzvu pro moderní ekonomiky.

Elektřina

Viz také

Související články

• Mezinárodní agentura pro energii z obnovitelných zdrojů
• Energetická účinnost (termodynamika)
• Energie
• Konečná energie
• Primární energie
• Obnovitelná energie
• Sociální metabolismus
• Jevons paradox 1880 pozorování důsledků energetické účinnosti
• Khazzoom-Brookes předpokládá aktualizaci Jevonsova paradoxu v 80. letech
• Energetická účinnost
• Energický přechod

Reference

1. „  Míra energetické návratnosti, měřítko účinnosti  “ , v technických publikacích inženýra ,29. prosince 2016.
2. (it) Il conto in banca dell'energia: il ritorno dell'investimento di Ugo Bardi
3. (en) Cutler J. Cleveland  (en) , „  Čistá energie z těžby ropy a zemního plynu ve Spojených státech  “ , Energy  (en) , sv.  30, n o  5,Duben 2005, str.  769-782 ( DOI  10.1016 / j.energy.2004.05.023 , číst online ).
4. David Eliott, udržitelná budoucnost? limity obnovitelných zdrojů, Než studny vyschnou, Feasta 2003.
5. Ian Hore-Lacy, Obnovitelná energie a jaderná energie, Než studny vyschnou, Feasta 2003.
6. Jan Willem Storm van Leeuwen  (in) a Philip Smith, „Nuclear Power: the Energy Balance“ (verze ze dne 30. prosince 2005 v internetovém archivu )  ; kontroverzní studie .
7. (in) Energy in Nature and Society: General Energetics of Complex Systems , MIT Press , 2008 ( ISBN  9780262693561 ) .
8. (in) „  Co vidím, když vidím větrnou turbínu  “ [„Co vidím, když vidím větrný mlýn“] [PDF] na vaclavsmil.com ,března 2016.
9. (in) „  Energetické intenzity, EROI (energie se vrátila investovaná) a doby návratnosti energie u elektráren vyrábějících elektřinu  “ [„energetické intenzity, TAR a doba návratnosti energie u elektráren“], Příroda ,1 st 04. 2013.
10. (in) „  Energie a bohatství národů  “ [„Energie a bohatství národů“] [PDF] na Springerovi ,2018, str.  391, obrázek 18.3. Kapitola „ Energetická návratnost investic “ CAS Hall, K Klitgaard. Oddíl 11.8 s. 136 - 137
11. Energetické důsledky zkrácení versus skladování sluneční a větrné elektřiny . Charles J. Barnhart, Michael Dale, Adam R. Brandt a Sally M. Benson Energy Environ. Sci. , 2013, 6, 2804–2810 http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2013/ee/c3ee41973h
12. (in) „  EROI: definice, historie a budoucí důsledky  “ , Charles AS Hall (přístup k 8. červenci 2009 ) .
13. (in) „  Doba návratnosti energie pro větrné turbíny  “ ( Archiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Co dělat? ) , Dánská asociace pro větrnou energii (přístup k 17. lednu 2009 ) .
14. Nicholas Georgescu-Roegen , „Energetické a ekonomické mýty“, Southern Economic Journal , 1975, 41, s. 347-381; trad. Fr. : „Energetické a ekonomické mýty“, Georgescu-Roegen, La Décroissance 1979, s. 37-104; 1995, s. 73-148; 2006, s. 85-166.
15. Homer-Dixon, Thomas (2007) „Vzhůru nohama; Katastrofa, kreativita a obnova civilizace“ (Island Press)
16. Joseph Tainter , The Collapse of Complex Societies [„  The Collapse of Complex Societies  “] ( překlad  z angličtiny), Dawn / Paris, Le Retour aux Sources,2013, 318  s. ( ISBN  978-2-35512-051-0 )
17. Připravte se na globální krizi zahájenou Čínou ... a energií na stránkách reporterre.net, Reporterre .
18. Thevard Benoit (2013) „ Pokles čisté energie, hlavní hranice antropocenu “, Institut Momentum
19. „  Míra energetické návratnosti a její role v energetickém přechodu  “ , na cremtl.qc.ca ,března 2017(zpřístupněno 3. dubna 2017 )

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">