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
правитьЕстественные, 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
правитьEROEI 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) = EROEI
.
Экономическое влияние EROEI
править
| EROI (для США)[источник не указан 3599 дней] | 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
правитьСуществуют 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- 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- ↑ 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- 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- 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.)