EROEI (EROEI)
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 код]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 код]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, то есть 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 код]
| EROI (для США)[источник не указан 3641 день] | 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 - 75,0 [4] | 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. |
| 34.0 [5] | Фотоэлектричество |
| 5,0 | Горючие сланцы (Керогеновая нефть) |
| 1,6 | Солнечный коллектор |
| 1,9 | Плоский солнечный коллектор |
| 18,0 | Ветер |
| 35,0 | Мировое производство нефти |
Высокое подушевое потребление энергии[англ.] 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.[6] В 2006 году EROEI энергии ветра в Северной Америке и Европе составлял примерно 20:1,[7][нет в источнике] 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 большую 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, в первую очередь — легкодоступные энергетические ресурсы (то есть с высоким показателем EROEI), что соответствует концепции энергетических рабов. Томас Гомер-Диксон[8] показал, что снижение EROEI в поздней Римской империи было одним из факторов её коллапса в пятом веке н. э. В книге «Верхняя сторона падения» (The Upside of Down) он высказал предположение, что анализ EROEI является базовым для объяснения взлёта и падения цивилизаций и что можно вычислить численность населения из расчёта, что на одного человека нужно 2500—3000 калорий в день. Экологический урон (обезлесение, потеря плодородия почв, в частности — южной Испании, южной Италии, Сицилии и особенно в северной Африке), начиная со 2 в. н. э., по мере падения EROEI, вели Римскую империю к коллапсу. Минимум пришёлся на 1084 год, когда население Рима, которое в своём расцвете при Траяне составляло 1,5 миллиона, упало до 15 тыс. человек. Эта же теория объясняет циклы цивилизации майя и крах цивилизации Камбоджи. Джозеф Тейнтер[9] предположил, что снижение EROEI — основная причина коллапса сложных обществ. Падение EROEI из-за истощения невоспроизводимых ресурсов представляет собой трудный вызов для промышленных экономик.
EROEI при быстром росте
[править | править код]Существуют опасения по поводу энергетического каннибализма (потребления энергии на производство энергии), при котором рост энергетики может быть ограничен, если требуется нейтральность климата. 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.[10]
Солнечный завод (solar breeder) позволяет решить некоторые из этих проблем. Солнечный завод — это предприятие, производящее фотоэлектрические панели, которое 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).[11][12] Результаты исследования устанавливают определённую математическую зависимость для солнечного завода, показывающую, что выигрыш в энергии будет достаточнен.[13] Компания BP Solar планировала построить такой завод в городе Фредерик (Мэриленд) в США, но идея не была реализована.
См. также
[править | править код]- Парадокс Джевонса (1865 г.) — утверждение, что технологический прогресс, который увеличивает эффективность использования ресурса, может увеличивать (а не уменьшать) объём его потребления.
- Постулат Хаззума — Брукса — обновлённый в 1980-х гг. парадокс Джевонса
- Чистый выигрыш в энергии
- Стоимость производства электричества из разных источников
- Энергетический каннибализм
- Энергетический баланс
- Эмергия
- Энергозатраты
Примечания
[править | править код]- ↑ Академик.ру. Eroei // Универсальный англо-русский словарь. — 2011.
- ↑ Murphy, D.J.; Hall, C.A.S. Year in review EROI or energy return on (energy) invested (англ.) // Annals of the New York Academy of Sciences[англ.] : journal. — 2010. — Vol. 1185. — P. 102—118. — doi:10.1111/j.1749-6632.2009.05282.x.
- ↑ Cutler, Cleveland Energy return on investment (EROI). The Encyclopedia of Earth (30 августа 2011). Дата обращения: 2 сентября 2011. Архивировано 25 января 2013 года.
- ↑ Energy Analysis of Power Systems Архивная копия от 4 января 2015 на Wayback Machine //WNA, November 2014 Table 2: Life Cycle Energy Ratios for Various Technologies - R3 Energy Ratio – EROI (output/input)
- ↑ Roberto Leonardo Rana, Mariarosaria Lombardi, Pasquale Giungato, Caterina Tricase. Trends in Scientific Literature on Energy Return Ratio of Renewable Energy Sources for Supporting Policymakers // Administrative Sciences. — 2020-03-29. — Т. 10, вып. 2. — С. 21. — ISSN 2076-3387. — doi:10.3390/admsci10020021.
- ↑ Hall, Charles A.S. EROI: definition, history and future implications (PowerPoint). Дата обращения: 8 июля 2009. Архивировано 25 января 2013 года.
- ↑ Energy Payback Period for Wind Turbines. Danish Wind Energy Association. Дата обращения: 18 августа 2010. Архивировано из оригинала 25 мая 2010 года.
- ↑ Homer-Dixon, Thomas[англ.]. The Upside of Down; Catastrophe, Creativity and the Renewal of Civilisation (англ.). — Island Press[англ.], 2007.
- ↑ Tainter, Joseph[англ.]. The Collapse of Complex Societies. — Cambridge University Press, 1990.
- ↑ Pearce, J.M. Limitations of Greenhouse Gas Mitigation Technologies Set by Rapid Growth and Energy Cannibalism. Klima (2008). Дата обращения: 6 апреля 2011. Архивировано 25 января 2013 года.
- ↑ The Azimuth Project: Solar Breeder. Дата обращения: 6 апреля 2011. Архивировано 25 января 2013 года.
- ↑ Lindmayer, J. (1978). "The solar breeder". Proceedings, Photovoltaic Solar Energy Conference, Luxembourg, September 27—30, 1977. Dordrecht: D. Reidel Publishing. pp. 825–835. Архивировано из оригинала 20 июля 2017. Дата обращения: 6 апреля 2011.
- ↑ Lindmayer, J. The Solar Breeder. — NASA, 1977.
Литература
[править | править код]- Heinberg Richard. The Party's Over: Oil, War, and the Fate of Industrial Societies (англ.). — Gabriola, BC: New Society Publishers[англ.], 2003. — ISBN 0-86571-482-7.
- Gupta, Ajay K; Hall, Charles A.S. A Review of the Past and Current State of EROI Data (англ.) // Sustainability : journal. — 2011. — Vol. 3, no. 10. — P. 1796—1809. — doi:10.3390/su3101796.
- Murphy, David J.; Hall, Charles A.S. Order from Chaos: A Preliminary Protocol for Determining the EROI of Fuels (англ.) // Sustainability : journal. — 2011. — Vol. 3, no. 10. — P. 1888—1907. — doi:10.3390/su3101888.
Ссылки
[править | править код]- Energy Analysis of Power Systems // World Nuclear Association? study on EROEI with assumptions listed (англ.)
- Mason Inman, How to Measure the True Cost of Fossil Fuels. As oil becomes more expensive, determining where to invest energy to get energy is increasingly important // Scientific American Volume 308, Issue 4 (платный источник, pdf) (англ.)
- Mason Inman, Behind the Numbers on Energy Return on Investment. A full listing of the sources and references behind the calculations in this EROI infographic // Scientific American, Mar 19, 2013 (англ.)
- Про EROEI и его (предполагаемое) значение для прогнозирования дальнейшего развития современной цивилизации, в частности РФ в 2030-х гг. // Блог Кунгуров (kungurov) "Делай, что должен, и будь, что будет" [неавторитетный источник]
- "EROI as a Measure of Energy Availability" // OilAnalytics.com, Net Energy (англ.)
- Energy in a Mark II Economy (англ.)
- Energy return on investment (EROI) (англ.)
- Net energy analysis (англ.)
- Explanation of EROI and peak oil (англ.)