Kanibalizm energetyczny

Kanibalizm energetyczny odnosi się do efektu, w którym szybki rozwój określonego przemysłu produkującego energię stwarza zapotrzebowanie na energię , która wykorzystuje (lub kanibalizuje) energię istniejących elektrowni . Tak więc podczas szybkiego wzrostu przemysł jako całość nie wytwarza nowej energii, ponieważ jest ona wykorzystywana do napędzania ucieleśnionej energii przyszłych elektrowni.

Podstawy teoretyczne

Aby „bezemisyjna” elektrownia miała negatywny wpływ netto na emisje gazów cieplarnianych w ramach dostaw energii, musi wytwarzać wystarczającą ilość bezemisyjnej energii elektrycznej , aby zrównoważyć zarówno emisje gazów cieplarnianych, za które jest bezpośrednio odpowiedzialna (np. budowy elektrowni jądrowej) oraz kompensacji emisji gazów cieplarnianych z energii elektrycznej wytwarzanej na potrzeby jej budowy (np. w przypadku wykorzystania węgla do produkcji energii elektrycznej przy budowie elektrowni jądrowej). Może to stanowić wyzwanie podczas szybkiego rozwoju technologii „bezemisyjnej”, ponieważ może wymagać budowy dodatkowych elektrowni starszej technologii po prostu do zasilania konstrukcji nowej technologii „bezemisyjnej”.

Pochodzenie

Po pierwsze, wszystkie poszczególne elektrownie określonego typu można postrzegać jako pojedynczą elektrownię lub zespół agregatów i można obserwować ich zdolność do łagodzenia emisji w miarę wzrostu. Zdolność ta zależy przede wszystkim od czasu zwrotu energii przez zakład. Łączne zakłady o całkowitej mocy zainstalowanej (w GW) produkują: do $\ displaystyle C_ {T}}$

${\ Displaystyle E_ {T} = t \ cdot C_ {T} = t \ cdot \ suma _ {n = 1} ^ {N} C_ { N}}$

 

 

 

 

()

energii elektrycznej, gdzie $)$ to ułamek czasu, przez jaki elektrownia pracuje z pełną wydajnością, ${\ displaystyle C_ {n$ wydajność poszczególnych elektrowni i $} displaystyle N}$ to całkowita liczba roślin. Jeśli założymy, że branża energetyczna rośnie w tempie $)$ , wytworzy dodatkową moc w tempie (w GW/rok) r {\ displaystyle r z

$\ displaystyle r \ cdot C_ {T}}$ .

 

 

 

 

()

Po roku wyprodukowano by elektryczność

${\ Displaystyle r \ cdot C_ {T} \ cdot 8760 \, h}$ .

 

 

 

 

()

${P}}$$pojedyncza$ elektrownia spłaca się w postaci energii, której potrzebuje w całym swoim życia , lub czas zwrotu energii , jest określony przez zainwestowaną energię główną (w całym cyklu życia). , podzielone przez energię wyprodukowaną (lub zaoszczędzoną energię z paliw kopalnych) rocznie, ${\ displaystyle E_ {ann}}$ . Tak $E_ {P} / E_ {ann}} zespół roślin jest nadawany przez$ , jeśli czas zwrotu energii typu elektrowni wynosi w latach) stopa inwestycji w energię potrzebna do trwałego wzrostu całej mocy, mi ${\ Displaystyle E_ {Can}}$ energię, :

${\ Displaystyle E_ {może} = {\ Frac {E_ {P}} {E_ {ann}}} \ cdot r \ cdot C_ {$

 

 

 

 

()

Zespół elektrowni nie wytworzy żadnej energii netto, jeśli energia kanibalizmu jest równoważna całkowitej wyprodukowanej energii. Zatem przyrównując równanie ( 1 ) do ( 4 ) otrzymamy następujące wyniki:

${\ Displaystyle {\ Frac {E_ {P}} {E_ {ann}}} \ cdot r \ cdot C_ {T} \ cdot t = C_{T}\cdot t}$

 

 

 

 

()

a wykonując prostą algebrę, upraszcza się to:

${\ Displaystyle {\ Frac {E_ {P}} {E_ {ann}}} = {\ Frac {1} {r}}$

 

 

 

 

()

Więc jeśli jeden powyżej tempa wzrostu jest równy czasowi zwrotu energii, zagregowany typ elektrowni nie wytwarza energii netto , dopóki wzrost nie zwolni.

Emisja gazów cieplarnianych

Ta analiza dotyczyła energii , ale ta sama analiza dotyczy emisji gazów cieplarnianych . Podstawowa emisja gazów cieplarnianych emitowanych w celu utrzymania elektrowni podzielona przez kompensację emisji w każdym roku musi być równa jedności względem tempa wzrostu rodzaju energii, aby osiągnąć próg rentowności.

Przykład

Na przykład, jeśli zwrot energii wynosi 5 lat, a wzrost wydajności wynosi 20%, energia netto nie jest produkowana, a emisje gazów cieplarnianych nie są kompensowane, jeśli jedynym wkładem energii do wzrostu są paliwa kopalne w okresie wzrostu.

Zastosowania w przemyśle jądrowym

W artykule „Thermodynamic Limitations to Nuclear Energy Deployment as a Greenhouse Gas Mitigation Technology” obliczono niezbędne tempo wzrostu r energetyki jądrowej na poziomie 10,5%. Ta stopa wzrostu jest bardzo zbliżona do 10% limitu ze względu na zwrotu energii dla energetyki jądrowej w Stanach Zjednoczonych obliczonego w tym samym artykule na podstawie analizy cyklu życia energii.

Wyniki te wskazują, że jakakolwiek polityka energetyczna mająca na celu zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych poprzez rozmieszczenie dodatkowych reaktorów jądrowych nie będzie skuteczna, jeśli energetyka jądrowa w USA nie poprawi swojej efektywności .

Część energii wejściowej do elektrowni jądrowych występuje w postaci produkcji betonu , który zużywa niewiele energii elektrycznej z elektrowni.

Zastosowania w innych gałęziach przemysłu

Podobnie jak w przypadku elektrowni jądrowych, tamy hydroelektryczne są budowane przy użyciu dużej ilości betonu, co oznacza znaczną emisję CO2 _, ale niewielkie zużycie energii. Długa żywotność elektrowni wodnych przyczynia się następnie do dodatniego współczynnika mocy przez dłuższy czas niż w przypadku większości innych elektrowni.

W przypadku wpływu energii słonecznej na środowisko czas zwrotu energii z systemu wytwarzania energii to czas potrzebny do wytworzenia takiej ilości energii, jaka została zużyta podczas produkcji systemu. W 2000 r. czas zwrotu energii z systemów fotowoltaicznych szacowano na 8 do 11 lat, aw 2006 r. na 1,5 do 3,5 roku w przypadku systemów fotowoltaicznych z krzemu krystalicznego i 1-1,5 roku w przypadku technologii cienkowarstwowych (Europa Południowa). Podobnie należy wziąć pod uwagę zwrot z inwestycji w energię (EROI).

W przypadku energii wiatrowej zwrot energii wynosi około jednego roku.