EROI солнечной энергии
Энергия, возвращаемая на вложенную энергию (известная как EROI или иногда EROEI), представляет собой отношение количества полезной энергии, произведенной данным источником энергии, к количеству, используемому людьми для ее получения.Например, если объекту по добыче нефти требуется 1 гигаджоуль (ГДж) подводимой энергии для производства барреля нефти, дающего 5 ГДж, то этот объект будет иметь EROI, равный 5, что равняется чистому излишку энергии в 4 единицы.
Инвестируемая энергия включает только энергию, инвестируемую людьми, и не включает естественные источники энергии, такие как ядерный синтез, который происходит на Солнце. Что касается выходной энергии, это относится только к полезной энергии. Таким образом, любая непреднамеренная выходная энергия в виде тепла или звука не засчитывается в возвращаемую энергию — только та, которая используется людьми.
В случае солнечной панели требуется входная энергия для извлечения кремния, его очистки и сборки в солнечные элементы, а затем в модули. Другие компоненты, такие как инвертор, монтаж и кабели, также являются продуктом производственных процессов, требующих подводимой энергии. Впоследствии, в течение следующих нескольких десятилетий, Солнечная система будет производить энергию, пригодную для использования человеком. Отношение входной энергии к его выходной энергии за весь срок его службы является его EROI.
Что такое минимальный EROI?
Как это связано со временем окупаемости энергии (EPBT) для солнечных панелей? Чарльз А. С. Холл, системный эколог, придумавший в 1970-х годах термин «EROI», также сформулировал еще одну часто неправильно понимаемую концепцию: минимальный EROI, который должен иметь устойчивое общество. «Минимальная EROI» для общества — это EROI, необходимая для поддержания уровня жизни. EROI, равный 1, означает отсутствие избытка энергии. Предполагается, что EROI около 3 позволяет использовать простые вещи, такие как дороги, мосты и транспорт, с повышением уровня EROI, позволяющим производить продукты питания, а затем образование, здравоохранение, искусство и развлечения. Было много споров о том, каким будет точный минимальный EROI для развитых стран: некоторые, такие как Вайсбах и др., оценивают его примерно в 7, а другие, такие как Рамез Наам, считают, что он ниже.Если источник энергии не может обеспечить EROI выше этого минимума, можно считать нецелесообразным поддерживать только такое общество. Позже мы рассмотрим EROI солнечных фотоэлектрических элементов и посмотрим, превышает ли он этот минимум.
Как уже говорилось, для производства солнечной панели требуется входная энергия. Это можно рассматривать как «энергетический долг», который должен быть погашен солнечным модулем, чтобы получить излишки. Время окупаемости энергии (EPBT) солнечной панели — это время, за которое панель производит достаточно энергии, чтобы окупить энергию, затраченную на ее производство. EPBT солнечных панелей постоянно падает по мере того, как технология постоянно совершенствуется, и в настоящее время составляет от 1 до 2,5 лет в зависимости от типа используемой технологии и места ее установки — сроки окупаемости в солнечных регионах, как правило, короче.
Как измерить рентабельность инвестиций
Существует множество способов измерения EROI. Ни у одного источника энергии нет однозначного однозначного EROI, который не вызывает сомнений. Два основных типа EROI: коэффициент полезной энергии а также коэффициент внешней энергии. Коэффициент чистой энергии включает в себя все входные источники энергии, включая сам ресурс, тогда как коэффициент внешней энергии включает только энергию, которую вкладывает общество. В случае энергоемких ресурсов, таких как сланцевый газ и битуминозные пески, часто используется часть самого ресурса. в процессе добычи. В этом случае коэффициент внешней энергии будет значительно выше, чем коэффициент полезной энергии. С точки зрения понимания выбросов парниковых газов от источника энергии коэффициент чистой энергии является более важным. Если речь идет исключительно о производстве энергии, то в центре внимания должен быть коэффициент внешней энергии. В большинстве исследований рассматривается коэффициент внешней энергии, который делает грязное топливо более эффективным и помогает скрыть его истинные экологические издержки.
Это еще более усложняется тем фактом, что EROI данного источника энергии со временем меняется — для солнечных фотоэлектрических систем он растет.И наоборот, для всех ископаемых видов топлива EROI падает, поскольку люди используют запасы нефти, газа и угля, которые становится все труднее извлекать. Таким образом, когда исследователи проводят мета-исследования, усредняющие результаты исследований за многие годы, EROI солнечной фотоэлектрической энергии занижается, а EROI ископаемого топлива завышается.
Почему в разных исследованиях значения EROI сильно различаются?
Дальнейшее усложнение измерения EROI заключается в том, какие входные данные следует включить. Каждый источник энергии имеет свои присущие ему сложности. Что касается ядерной энергии, следует ли включать энергию, связанную с выводом станции из эксплуатации? Следует ли включать энергию, используемую для транспортировки нефти из битуминозных песков из Альберты в пригодные для использования регионы? Если кремний из солнечного модуля перерабатывается и используется для производства другого модуля, учитывается ли использованная энергия в стоимости жизненного цикла первого модуля или второго?
Задавая подобные вопросы, становится ясно, что показатель EROI является неоднозначным показателем, который колеблется для данного источника энергии в зависимости от методов, используемых для расчета входных и выходных энергетических затрат. Это объясняет, почему разные источники дают совершенно разные значения EROI.
Итак, каков EROI солнечной энергии?
Исследования показали, что EROI солнечной энергии составляет от 3,9 до 45,45. Самая низкая оценка, сделанная Вайсбахом и др., была полностью дискредитирована технологическим предпринимателем Рамезом Наамом как явно низкая, и он оценивает EROI солнечной фотоэлектрической энергии «выше 10 и, вероятно, выше 15… и растет». В наиболее тщательном мета-исследовании EROI солнечных фотоэлектрических систем, проведенном Бхандари и др., были проанализированы 232 статьи, оценивающие EROI солнечной энергии, и средняя оценка составила 11,6. Средний EROI сильно различался между типами солнечных фотоэлектрических модулей, при этом теллурид кадмия достигал поразительных 34,2. Также важно отметить, что многие из этих исследований были сосредоточены на старых установках, что снизило средний показатель. Большинство современных исследований показывают, что EROI для поликремниевых солнечных фотоэлектрических модулей составляет около 16, и будущие системы будут продолжать расти.
В аналогичном мета-исследовании системный эколог Чарльз А.С. Холл, а также исследователи Джессика Ламберт и Стивен Балог рассмотрели данные в исследованиях других источников энергии. Их результаты показаны в следующей таблице (за исключением солнечной энергии — из-за того, что их результаты занижают ее EROI за счет включения исследований десятилетней давности, используется оценка Рамеза Наама, равная 15).
Куда отсюда?
Понятно, что солнечная энергия становится все более эффективным источником энергии, который будет только улучшаться. Его EROI постоянно улучшается, и в статье Бхандари и др. прогнозируется, что «вероятно, фотоэлектрические технологии догонят максимальный EROI от угля в будущем». Кроме того, очевидно, что EROI угля, нефти и газа постоянно падает, что делает эти источники все менее полезными. В настоящее время нефть битуминозных песков оценивается как EROI 4 (согласно мета-исследованию Холла и др.). За последние 40 лет цена солнечной панели за ватт упала со 101,05 до 0,61 доллара, то есть на 99,4%. Технологии будут только улучшаться и дешеветь.
Это больше, чем просто видение. По мере того, как стоимость и эффективность солнечной энергии растут, а экономика угля, нефти и газа становится менее привлекательной, становится ясно, что человечество движется к переломному моменту, когда солнечная энергия будет испытывать экспоненциальный рост, а ископаемое топливо будет постепенно вытесняться из нашей жизни. энергетическая смесь. Vikram Solar поддерживает этот переход к более чистому и более эффективному энергетическому будущему, более здоровому воздуху и более гармоничным отношениям с планетой, которая нас поддерживает. Если вы тоже, свяжитесь с нами и давайте делать бизнес.
