Внутренная энергия - Embodied energy

Внутренная энергия это сумма всех энергия требуется для производства любых товаров или услуг, как если бы эта энергия была включена или «воплощена» в самом продукте. Эта концепция может быть полезна при определении эффективности производства энергии или сохранение энергии устройств, или "реальной" восстановительной стоимости здания, и, поскольку затраты энергии обычно влекут за собой парниковый газ выбросов, при принятии решения о том, способствует ли продукт или смягчает глобальное потепление. Одна из основных целей измерения этого количества - сравнить количество энергии, произведенной или сэкономленной данным продуктом, с количеством энергии, затраченной на его производство.

Воплощенная энергия - это метод учета, цель которого - найти общую сумму энергии, необходимой для всего жизненный цикл продукта. Определение того, что составляет этот жизненный цикл, включает оценку релевантности и объема энергии для добычи сырья, транспорт, производство, сборка, установка, разборка, разборка и / или разложение а также человеческие и второстепенные ресурсы.

История

История создания системы счетов, в которой регистрируются потоки энергии в окружающей среде, восходит к истокам бухгалтерский учет сам. Как отдельный метод, он часто ассоциируется с Физиократ "субстанциальная" теория ценности,^[1] а позже сельскохозяйственная энергетика Сергей Подолинский, российский врач,^[2] и экологическая энергетика Владмир Станчинский.^[3]

Основные методы учета воплощенной энергии в том виде, в котором они используются сегодня, выросли из Василий Леонтьев с модель ввода-вывода и называются Анализ воплощенной энергии ввода-вывода. Модель Леонтьева «затраты-выпуск», в свою очередь, была адаптацией неоклассицизм теория общее равновесие применительно к «эмпирическому исследованию количественной взаимозависимости между взаимосвязанными видами экономической деятельности».^[4] По словам Тенненбаума^[5] Метод ввода-вывода Леонтьева был адаптирован к анализу воплощенной энергии Хэнноном.^[6] для описания потоков энергии экосистемы. Адаптация Хэннона суммировала общие прямые и косвенные потребности в энергии ( энергоемкость) для каждого вывода, сделанного системой. Общий объем энергии, прямой и косвенный, для всего объема производства был назван внутренная энергия.

Методологии

Анализ воплощенной энергии интересуется тем, какая энергия идет на поддержку потребитель, поэтому вся амортизация энергии относится к окончательной требовать потребителя. В разных методологиях используются разные масштабы данных для расчета энергии, воплощенной в продуктах и услугах природы и человека. цивилизация. Ожидается международный консенсус относительно приемлемости шкал данных и методологий. Эта трудность может дать широкий диапазон значений воплощенной энергии для любого данного материала. В отсутствие всеобъемлющей глобальной публичной динамической базы данных воплощенной энергетики в расчетах воплощенной энергии могут отсутствовать важные данные, например, по сельской местности. строительство дороги / шоссе и обслуживание, необходимое для перемещения продукта, маркетинг, реклама, услуги общественного питания, услуги, не связанные с персоналом, и тому подобное. Такие упущения могут быть источником существенной методологической ошибки в оценках энергии.^[7] Без оценки и объявления воплощенной энергетической погрешности калибровку индекс устойчивости, и поэтому ценить любого материала, процесса или услуги для экологических и экономических процессов.

Стандарты

SBTool, Великобритания Кодекс экологически безопасных домов был, и США LEED по-прежнему является методом, в котором воплощенная энергия продукта или материала оценивается, наряду с другими факторами, для оценки здания. воздействие на окружающую среду. Воплощенная энергия - это концепция, для которой ученые еще не пришли к соглашению об абсолютных универсальных ценностях, потому что необходимо учитывать множество переменных, но большинство согласны с тем, что продукты можно сравнивать друг с другом, чтобы увидеть, какие из них имеют больше, а какие меньше воплощенной энергии. Сравнительные списки (например, см. Университет Бата Реестр воплощенной энергии и углеродных материалов^[8]) содержат средние абсолютные значения и объясняют факторы, которые были приняты во внимание при составлении списков.

Типичные используемые единицы воплощенной энергии - МДж / кг (мегаджоули энергии, необходимой для производства килограмма продукта), тCO
2 (тонны углекислый газ создается энергией, необходимой для производства килограмма продукта). Преобразование МДж в тCO
2 не так просто, потому что разные типы энергии (нефть, ветер, солнечная, ядерная и т. д.) выделяют разное количество углекислого газа, поэтому фактическое количество углекислого газа, выделяемого при производстве продукта, будет зависеть от типа энергии, используемой в производственный процесс. Например, правительство Австралии^[9] дает в среднем 0,098 тCO
2 = 1 ГДж. Это то же самое, что 1 МДж = 0,098 кг.CO
2 = 98 гCO
2 или 1 кгCO
2 = 10,204 МДж.

Связанные методологии

В условиях засухи 2000-х гг. Австралия вызвали интерес к применению методов анализа энергии в воде. Это привело к использованию концепции воплощенная вода.^[10]

Данные

Существует ряд баз данных для количественной оценки воплощенной энергии товаров и услуг, включая материалы и продукты. Они основаны на ряде различных источников данных с вариациями географической и временной значимости и полноты границ системы. Одной из таких баз данных является База данных по экологическим показателям в строительстве (EPiC) Разработан в Мельбурнском университете и включает данные об энергии более чем 250, в основном строительных материалов. Эта база данных также включает значения воплощенных выбросов воды и парниковых газов.^[11]Основная причина различий во включенных данных об энергии между базами данных связана с источником данных и методологией, использованной при их составлении. Данные восходящего «процесса» обычно поступают от производителей и поставщиков продукции. Хотя эти данные, как правило, более надежны и специфичны для конкретных продуктов, методология, используемая для сбора данных о процессе, обычно приводит к тому, что большая часть воплощенной энергии продукта исключается, в основном из-за времени, затрат и сложности сбора данных. Для заполнения этих пробелов в данных можно использовать нисходящие экологически расширенные данные ввода-вывода (EEIO), основанные на национальной статистике. Хотя анализ продуктов с помощью EEIO может быть полезен сам по себе для первоначального определения объема использованной энергии, он, как правило, гораздо менее надежен, чем данные процесса, и редко актуален для конкретного продукта или материала. Следовательно, были разработаны гибридные методы количественной оценки воплощенной энергии,^[12] использование имеющихся данных о процессе и заполнение любых пробелов данными EEIO. Базы данных, которые полагаются на этот гибридный подход, такие как Мельбурнский университет База данных EPiC,^[13] обеспечивают более полную оценку воплощенной энергии продуктов и материалов.

В общих материалах

Избранные данные из Инвентаризации углерода и энергии (ICE), подготовленной Университетом Бата (Великобритания) ^[8]

Материал	Энергия МДж / кг	Углерод кгCO 2/кг	Плотность материала кг / м³
Совокупный	0.083	0.0048	2240
Конкретный (1:1.5:3)	1.11	0.159	2400
Кирпичи (обычные)	3	0.24	1700
Бетонный блок (Средняя плотность)	0.67	0.073	1450
Газоблок	3.5	0.3	750
Блок известняка	0.85		2180
Мрамор	2	0.116	2500
Цементный раствор (1: 3)	1.33	0.208
Стали (общий, средний переработанный контент)	20.1	1.37	7800
Нержавеющая сталь	56.7	6.15	7850
Древесина (в целом, исключая секвестр)	8.5	0.46	480–720
Клееный брус	12	0.87
Целлюлозный утеплитель (сыпучий наполнитель)	0.94–3.3		43
Пробковая изоляция	26		160
Изоляция из стекловолокна (стекловата)	28	1.35	12
Льняной утеплитель	39.5	1.7	30
Rockwool (плита)	16.8	1.05	24
Утеплитель из пенополистирола	88.6	2.55	15–30
Полиуретановая изоляция (жесткий пенопласт)	101.5	3.48	30
Шерстяной (переработанный) утеплитель	20.9		25
Тюк соломы	0.91		100–110
Черепица из минерального волокна	37	2.7	1850
Шифер	0.1–1.0	0.006–0.058	1600
Глиняная плитка	6.5	0.45	1900
Алюминий (общий, включая переработанное на 33%)	155	8.24	2700
Битум (общий)	51	0.38–0.43
Древесноволокнистая плита средней плотности	11	0.72	680–760
Фанера	15	1.07	540–700
Гипсокартон	6.75	0.38	800
Гипсовая штукатурка	1.8	0.12	1120
Стекло	15	0.85	2500
ПВХ (общий)	77.2	2.41	1380
Виниловые полы	65.64	2.92	1200
Плитка терраццо	1.4	0.12	1750
Керамическая плитка	12	0.74	2000
Шерстяной ковер	106	5.53
Обои на стену	36.4	1.93
Труба из керамической глины (DN 500)	7.9	0.52
Утюг (Общее)	25	1.91	7870
Медь (в среднем, включая переработку 37%)	42	2.6	8600
Свинец (включая 61% переработанное)	25.21	1.57	11340
Керамическая сантехника	29	1.51
Краска - на водной основе	59	2.12
Краска - на основе растворителей	97	3.13

Тип фотоэлектрических (PV) ячеек	Энергия МДж на м²	Энергия кВтч на м²	Углерод кг CO 2 за м²
Монокристаллический (средний)	4750	1319.5	242
Поликристаллический (средний)	4070	1130.5	208
Тонкая пленка (средняя)	1305	362.5	67

В транспорте

Теоретически воплощенная энергия означает энергию, используемую для добычи материалов из шахт, производства транспортных средств, сборки, транспортировки, обслуживания, преобразования и транспортировки энергии и, в конечном итоге, для утилизации этих транспортных средств. Кроме того, следует учитывать энергию, необходимую для строительства и обслуживания транспортных сетей, будь то автомобильные или железнодорожные. Реализуемый процесс настолько сложен, что никто не решается назвать цифру.

Согласно fr: Институт долговременного развития и международных отношений в области транспорта "поразительно отметить, что мы потребляем больше воплощенной энергии в наших транспортных расходах, чем прямая энергия [...]. Другими словами, мы потребляем меньше энергии для передвижения в наших личных транспортных средствах, чем мы потребляют энергию, необходимую для производства, продажи и перевозки используемых нами автомобилей, поездов или автобусов ».^[14]

Жан-Марк Янковичи выступает за анализ углеродного следа любого проекта транспортной инфраструктуры до его строительства.^[15]

В автомобилях

Суммарная энергоемкость автомобиля Volkswagen Golf A3 составляет 18 000 кВтч, а электроэнергия производится примерно из 9 тонн угля.

Жизненный цикл автомобиля

Производство

В соответствии с Фольксваген, воплощенное энергосодержание Гольф А3 с бензиновый двигатель составляет 18 000 кВтч (т.е. 12% от 545 ГДж, как показано в отчете^[16]). Golf A4 (оснащенный непосредственный впрыск с турбонаддувом ) покажет воплощенную энергию в размере 22 000 кВтч (т.е. 15% от 545 ГДж, как показано в отчете.^[16]). По данным французского агентства энергетики и окружающей среды ADEME ^[17] автомобиль имеет воплощенное энергосодержание 20 800 кВтч, тогда как электромобиль показывает воплощенное энергосодержание, составляющее 34 700 кВтч.

Электромобиль имеет более высокую воплощенную энергию, чем двигатель внутреннего сгорания, благодаря батарее и электронике. В соответствии с Наука и борьба, воплощенная энергия аккумуляторов настолько высока, что перезаряжаемые гибридные автомобили представляют собой наиболее подходящее решение,^[18] с их батареями меньше, чем у полностью электрического автомобиля.

Топливо

Что касается самой энергии, то фактор энергия возвращается на вложенную энергию (EROEI) топлива можно оценить в 8, что означает, что к некоторому количеству полезной энергии, обеспечиваемой топливом, следует добавить 1/7 этого количества воплощенной энергии топлива. Другими словами, расход топлива должен быть увеличен на 14,3% за счет топлива EROEI.

По мнению некоторых авторов, для производства 6 литров бензина требуется 42 кВтч энергии (что соответствует примерно 4,2 литрам бензина с точки зрения содержания энергии).^[19]

Дорожное строительство

Здесь приходится работать с цифрами, получить которые еще труднее. В случае дорожного строительства реализованная энергия составит 1/18 расхода топлива (т.е. 6%).^[20]

Доступны другие цифры

Treloar, и другие. оценили воплощенную энергию в среднем автомобиле в Австралии как 0,27 тераджоули (т.е. 75 000 кВтч) в качестве одного из компонентов в общем анализе энергии, задействованной в дорожном транспорте.^[21]

В зданиях

Типичная продолжительность жизни дома в Японии - менее 30 лет.^[22]

Хотя большая часть внимания уделяется улучшению энергоэффективность в зданиях был основан на их эксплуатационных выбросах, по оценкам, около 30% всей энергии, потребляемой на протяжении всего срока службы здания, может составлять его воплощенная энергия (этот процент варьируется в зависимости от таких факторов, как возраст здания, климат и материалы) . В прошлом этот процент был намного ниже, но поскольку большое внимание уделялось сокращению производственных выбросов (например, повышению эффективности систем отопления и охлаждения), вклад воплощенной энергии сыграл гораздо большую роль. Примеры воплощенной энергии включают: энергию, используемую для извлечения сырья, материалов для обработки, сборки компонентов продукта, транспортировки между каждым этапом, строительства, технического обслуживания и ремонта, разрушения и утилизации. Таким образом, важно использовать систему учета углерода в течение всего жизненного цикла при анализе выбросов углерода в зданиях.^[23]

В энергетическом поле

EROEI

EROEI (Возврат энергии на вложенную энергию) обеспечивает основу для оценки воплощенной энергии за счет энергии.

Конечная энергия должна быть умножена на ${ displaystyle { frac { hbox {1}} { hbox {EROEI-1}}}}$ чтобы получить воплощенную энергию.

При EROEI, равном восьми, например, седьмая часть конечной энергии соответствует воплощенной энергии.

Мало того, что для реального получения общей воплощенной энергии следует также принимать во внимание воплощенную энергию из-за строительства и обслуживания электростанций. Здесь крайне нужны цифры.

Электричество

в BP Статистический обзор мировой энергетики июнь 2018 г., палец преобразованы в кВтч «на основе тепловой эквивалентности, предполагающей КПД преобразования на современной тепловой электростанции 38%».

В Франция, условно соотношение между первичной и конечной энергией в электроэнергии составляет 2,58,^[24] что соответствует КПД 38,8%.

В Германия напротив, из-за стремительного развития возобновляемых источников энергии соотношение между первичной и конечной энергией в электричестве составляет всего 1,8,^[25] что соответствует КПД 55,5%.

В соответствии с EcoPassenger,^[26] общая эффективность использования электроэнергии составит 34% в Великобритании, 36% в Германии и 29% во Франции.^[27]

Обработка данных

Facebook дата-центр в Орегон

В соответствии с ассоциация négaWatt, воплощенная энергия, связанная с цифровыми услугами, составила 3,5 ТВт-ч / год для сетей и 10,0 ТВт-ч / год для центров обработки данных (половина для серверов как таковых, т.е. 5 ТВт-ч / год, а другая половина для зданий, в которых они расположены, т.е. 5 ТВтч / год), данные действительны для Франции на 2015 год. Организация с оптимизмом смотрит на эволюцию энергопотребления в цифровой сфере, подчеркивая достигнутый технический прогресс.^[28] Сменный проект под председательством Жан-Марк Янковичи, противоречит оптимистическому видению ассоциация négaWatt, и отмечает, что объем цифровой энергии растет на 9% в год.^[29]

Смотрите также

Библиография

Clark, D.H .; Treloar, G.J .; Блэр, Р. (2003). «Оценка роста стоимости коммерческих зданий в Австралии из-за торговли выбросами парниковых газов». In Yang, J .; Brandon, P.S .; Сидвелл, A.C. (ред.). Материалы Международной конференции CIB 2003 по интеллектуальной и устойчивой застроенной среде, Брисбен, Австралия. HDL:10536 / DRO / DU: 30009596. ISBN 978-1741070415. OCLC 224896901.
Костанца, Р. (1979). Воплощенная энергетическая основа экономико-экологических систем (Кандидат наук.). Университет Флориды. OCLC 05720193. UF00089540: 00001.
Кроуфорд, Р. Х. (2005). «Валидация использования данных ввода-вывода для анализа воплощенной энергии в строительной отрасли Австралии». Журнал строительных исследований. 6 (1): 71–90. Дои:10.1142 / S1609945105000250.
Crawford, R.H .; Treloar, G.J. (2010). "120507 Городской анализ и развитие". База данных воплощенных значений энергии и воды для материалов. Фигшер (Набор данных). Мельбурнский университет. Дои:10.4225 / 49 / 588eeeeda28af.
Лензен, М. (2001). «Ошибки в обычных инвентаризациях жизненного цикла и инвентаризации на основе затрат-выпуска». Журнал промышленной экологии. 4 (4): 127–148. Дои:10.1162/10881980052541981.CS1 maint: ref = harv (связь)
Лензен, М .; Treloar, G.J. (Февраль 2002 г.). «Энергия, воплощенная в зданиях: дерево против бетона - ответ Бёрьессону и Густавссону». Энергетическая политика. 30 (3): 249–255. Дои:10.1016 / S0301-4215 (01) 00142-2.
Treloar, G.J. (1997). «Извлечение воплощенных энергетических путей из таблиц ввода-вывода: на пути к гибридному методу анализа энергии на основе ввода-вывода». Исследования экономических систем. 9 (4): 375–391. Дои:10.1080/09535319700000032.
Treloar, Грэм Дж. (1998). Комплексная интегрированная структура энергетического анализа (Кандидат наук.). Университет Дикина. HDL:10536 / DRO / DU: 30023444.
Treloar, G.J .; Owen, C .; Фэй, Р. (2001). «Экологическая оценка систем строительства утрамбованных грунтов» (PDF). Структурное обследование. 19 (2): 99–105. Дои:10.1108/02630800110393680.
Treloar, G.J .; Любовь, P.E.D .; Холт, Г.Д. (2001). «Использование национальных данных о затратах-выпусках для анализа воплощенной энергии отдельных жилых домов». Управление строительством и экономика. 19 (1): 49–61. Дои:10.1080/014461901452076. S2CID 110124981.

внешняя ссылка

[1] Мировски, Филипп (1991). Больше тепла, чем света: экономика как социальная физика, физика как экономика природы. Издательство Кембриджского университета. С. 154–163. ISBN 978-0-521-42689-3.

[2] Мартинес-Альер, Дж. (1990). Экологическая экономика: энергетическая среда и общество. Бэзил Блэквелл. ISBN 978-0631171461.

[3] Вайнер, Дуглас Р. (2000). Модели природы: экология, охрана природы и культурная революция в Советской России. Университет Питтсбурга Press. С. 70–71, 78–82. ISBN 978-0-8229-7215-0.

[4] Леонтьев, В. (1966). Экономика затрат-выпуска. Издательство Оксфордского университета. п. 134.

[5] Тенненбаум, Стивен Э. (1988). Затраты на сетевую энергию для производства подсистем (PDF) (РС). OCLC 20211746. Документ CFW-88-08. Архивировано из оригинал (PDF) 30 сентября 2007 г.

[6] Хэннон, Б. (октябрь 1973 г.). «Структура экосистем» (PDF). Журнал теоретической биологии. 41 (3): 535–546. Дои:10.1016 / 0022-5193 (73) 90060-Х. PMID 4758118.

[7] Ленцен 2001

[ICE_Database-8] а ^б Г. П. Хэммонд и К. И. Джонс (2006) Воплощенная энергия и углеродный след база данных, Кафедра машиностроения, Университет Бата, Соединенное Королевство

[9] CSIRO по воплощенной энергии: ведущее научное учреждение Австралии В архиве 2006-02-25 в Wayback Machine

[10] McCormack, M .; Treloar, G.J .; Palmowski, L .; Кроуфорд, Р. (2007). «Моделирование прямых и косвенных потребностей строительства в воде». Строительные исследования и информация. 35 (2): 156–162. Дои:10.1080/09613210601125383. S2CID 109032580.

[11] Crawford, R.H .; Стефан, А .; Придо, Ф. (2019). «База данных экологических показателей в строительстве (EPiC)». Мельбурнский университет. Дои:10.26188 / 5dc228ef98c5a. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

[12] Crawford, R.H .; Bontinck, P.-A .; Стефан, А .; Wiedmann, T .; Ю. М. (2018). «Гибридные методы инвентаризации жизненного цикла - Обзор». Журнал чистого производства. 172: 1273–1288. Дои:10.1016 / j.jclepro.2017.10.176. HDL:11343/194165.

[13] Crawford, R.H .; Стефан, А .; Придо, Ф. (2019). «База данных экологических показателей в строительстве (EPiC)». Мельбурнский университет. Дои:10.26188 / 5dc228ef98c5a. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

[14] Чансель, Лукас; Порушоттамин, Прабодх (март 2013 г.). "L'énergie grise: la face cachée de nos consommations d'énergie". Предложения (На французском). IDDRI.

[15] Янковичи, Жан-Марк (30 декабря 2017 г.). "Залейте два карбона для проектов инфраструктуры транспорта" (На французском).

[VW-16] а ^б (де) Экологический отчет Volkswagen за 2001/2002 г. В архиве 2016-03-03 в Wayback Machine см. страницу 27

[17] (фр) Оценка жизненного цикла сайт www.ademe.fr см. стр.9

[18] (фр) Наука и борьба # 1213 Октябрь 2018. см. Страницы 48-51.

[19] (де) Окончательный энергетический анализ: бензин против электромобильности сайт springerprofessional.de

[20] энерго-дорожное строительство сайт www.pavementinteractive.org

[21] Treloar, Грэм; Кроуфорд, Роберт (2004). «Гибридная инвентаризация жизненного цикла дорожного строительства и эксплуатации». Журнал строительной инженерии и менеджмента. 130 (1): 43–49. Дои:10.1061 / (ASCE) 0733-9364 (2004) 130: 1 (43).

[22] «Понимание продолжительности жизни японского дома или квартиры». ЯПОНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕДВИЖИМОСТИ. 7 февраля 2014 г. Архивировано с оригинал 4 июля 2019 г.

[23] Ибн-Мохаммед, Т .; Greenough, R .; Taylor, S .; Ozawa-Meida, L .; Acquaye, A. (1 ноября 2013 г.). «Эксплуатационные и воплощенные выбросы в зданиях - обзор текущих тенденций». Энергия и здания. 66: 232–245. Дои:10.1016 / j.enbuild.2013.07.026.

[24] (фр) «Постановление от 15 сентября 2006 г. о диагностике энергоэффективности существующих зданий, выставленных на продажу на материковой части Франции», сайт legifrance.gouv.fr

[25] (де) законы в Интернете веб-сайт gesetze-im-internet.de см. раздел 2.1.1

[26] EcoPassenger сайт ecopassenger.org, управляемый Международный союз железных дорог.

[27] Экологическая методология и обновление данных EcoPassenger, 2016 г. сайт ecopassenger.hafas.de; см. стр. 15, таблица 2-3.

[28] (фр) Увеличит ли цифровая революция потребление энергии? сайт decrypterlenergie.org, сайт ассоциация négaWatt.

[29] (фр) Lean ITC сайт theshiftproject.org; см. страницу 4.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]