エネルギー共食い

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エネルギーカニバリズムとは、特定のエネルギー生産産業の急速な成長によって、既存の発電所のエネルギーを利用する（あるいは食い合う）エネルギー需要が生じる現象を指します。つまり、急速な成長期には、そのエネルギーは将来の発電所のエネルギー供給に利用されるため、産業全体としては新たなエネルギーを生産しません。

理論的根拠

「排出ゼロ」の発電所がエネルギー供給の温室効果ガス排出量に正味のマイナスの影響を与えるためには、発電所が直接排出する温室効果ガス（例えば、原子力発電所の建設に使用されるコンクリートからの排出）と、建設のために発電される電力（例えば、原子力発電所の建設中に石炭を使用して発電する場合）の両方を相殺するのに十分な量の排出ゼロの電力を生産する必要があります。これは、「排出ゼロ」技術が急速に普及している時期には困難になる可能性があります。なぜなら、新しい「排出ゼロ」技術の建設に必要な電力を供給するためだけに、旧技術の発電所を新たに建設する必要が生じる可能性があるからです。

導出

まず、特定の種類の発電所すべてを単一の集合体、あるいは集合体として捉え、その規模拡大に伴う排出量削減能力を観察することができます。この能力は、まず発電所のエネルギー回収期間に依存します。総設備容量（GW）の集合体発電所は、以下の発電量を生産します。 ${\displaystyle C_{T}}$

${\displaystyle E_{T}=t\cdot C_{T}=t\cdot \sum _{n=1}^{N}C_{n}}$

1

電力の（年間時間）は発電所がフル稼働している時間の割合、は個々の発電所の容量、は発電所の総数です。エネルギー産業が成長率（1/年単位、例えば10%成長=0.1/年）で成長すると仮定すると、追加容量は（GW/年）の割合で生産されます。 ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle C_{n}}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle r}$

${\displaystyle r\cdot C_{T}}$ 。

2

1年後には、生産される電力は

${\displaystyle r\cdot C_{T}\cdot 8760\,h}$ 。

3

個々の発電所がそのライフサイクル全体に必要なエネルギーを回収するのにかかる時間、つまりエネルギー回収期間は、投資される主要エネルギー（ライフサイクル全体にわたって）を年間生産エネルギー（または節約される化石燃料エネルギー）で割ることで求められます。したがって、ある発電所タイプのエネルギー回収期間が（年）である場合、発電所全体の持続的な成長に必要なエネルギー投資率は、共食いエネルギーによって与えられます。 ${\displaystyle E_{P}}$ ${\displaystyle E_{ann}}$ ${\displaystyle E_{P}/E_{ann}}$ ${\displaystyle E_{缶}}$

${\displaystyle E_{Can}={\frac {E_{P}}{E_{ann}}}\cdot r\cdot C_{T}\cdot t}$

4

共食いエネルギーが総生産エネルギーと等しい場合、発電所全体は正味エネルギーを全く生産しません。したがって、式( 1 )を式( 4 )と等しくすると、以下の結果が得られます。

${\displaystyle {\frac {E_{P}}{E_{ann}}}\cdot r\cdot C_{T}\cdot t=C_{T}\cdot t}$

5

簡単な代数計算をすると、次のように単純化されます。

${\displaystyle {\frac {E_{P}}{E_{ann}}}={\frac {1}{r}}}$

6

したがって、成長率を 1 で割った値がエネルギー回収時間に等しい場合、集合型エネルギープラントは成長が鈍化するまでは 正味エネルギーを生成しません。

温室効果ガスの排出

この分析はエネルギーに関するものですが、温室効果ガス排出量についても同様の分析が当てはまります 。発電所の運営に必要な温室効果ガス排出量を毎年の排出量で割った値が、損益分岐点に達するには、電力種別の成長率を1で割った値に等しくなければなりません。

例

たとえば、エネルギー回収期間が 5 年で、容量増加率が 20% の場合、成長期間中に成長に投入される電力が化石燃料のみであれば、正味エネルギーは生成されず、温室効果ガスの排出は相殺されません。

原子力産業への応用

論文「温室効果ガス削減技術としての原子力エネルギー導入における熱力学的限界」では、原子力産業の必要成長率rは10.5%と計算されました。この成長率は、同じ論文でエネルギーのライフサイクル分析から算出された、米国の原子力産業におけるエネルギー回収率の10%という制限と非常によく似ています。

これらの結果は、米国の原子力産業が効率を改善しない限り、追加の原子炉の導入によって温室効果ガスの排出を削減することを目的としたあらゆるエネルギー政策は効果がないことを示しています。

原子力発電所に投入されるエネルギーの一部はコンクリートの製造に使われますが、コンクリートの製造には原子力発電所からの電力はほとんど消費されません。

他の産業への応用

原子力発電所と同様に、水力発電ダムは大量のコンクリートで建設されるため、CO2排出量は相当なものの_、電力消費量はわずかです。^[1]水力発電所の寿命が長いため、他のほとんどの発電所よりも長期間にわたってプラスの発電比率を維持できます。^[2]

太陽光発電の環境影響について、発電システムのエネルギー回収期間とは、システムの生産時に消費されたエネルギーと同等のエネルギーを発電するために必要な時間を指します。2000年には、太陽光発電システムのエネルギー回収期間は8～11年と推定されていました^[3]。2006年には、結晶シリコン太陽光発電システムでは1.5～3.5年^[4]、薄膜技術（南欧）では1～1.5年と推定されました^[4] 。同様に、エネルギー投資収益率（EROI）も考慮する必要があります^{[5] 。}

風力発電の場合、エネルギー回収期間は約1年です。^[6]

参考文献

1. 「電力システムの外部コスト（グラフ形式）」ExternE-Pol . Technology Assessment / GaBE（Paul Scherrer Institut）. 2005年。
2. 水力発電 - 化石燃料からの独立への道？ 2008年5月28日アーカイブ、Wayback Machine
3. Andrew Blakers および Klaus Weber、「太陽光発電システムのエネルギー強度」、オーストラリア国立大学持続可能エネルギーシステムセンター、2000 年。
4. Alsema, EA; Wild - Scholten, MJ de; Fthenakis, VM「太陽光発電の環境影響 - エネルギー供給オプションの批判的比較」 ECN、2006年9月、7ページ。2006年9月4日～8日にドイツ・ドレスデンで開催された第21回欧州太陽光発電会議・展示会にて発表。
5. C. Reich-Weiser、D. Dornfeld、S. Horne. 太陽光発電の環境評価と指標：Solfocus太陽光集光システムの事例研究. カリフォルニア大学バークレー校：製造・持続可能性研究所、2008年5月8日.
6. Haapala, Karl R.; Prempreeda, Preedanood (2014年6月16日). 「風力タービンの投資回収：2メガワット風力タービンの環境ライフサイクルアセスメント」 . International Journal of Sustainable Manufacturing . 3 (2): 170. doi :10.1504/IJSM.2014.062496 . 2016年12月30日閲覧. 20年の耐用年数を持つ風力タービンは、稼働開始後5～8ヶ月以内に純利益を生み出すだろう。