一次エネルギー

2017年の燃料 (IEA, 2019)より[1]:6,8世界の一次エネルギー供給量 162,494 TWh (または 13,792 Mtoe)

  石油 (32%)
  石炭/泥炭/シェール油 (27.1%)
  天然ガス (22.2%)
  バイオ燃料と廃棄物 (9.5%)
  原子力 (4.9%)
  水力 (2.5%)
  その他 (再生可能エネルギー) (1.8%)

2017年の地域別 (IEA, 2019)[1]より、世界の一次エネルギー供給量 162,494 TWh (または 13,792 Mtoe)

  OECD (38%)
  中東 (5.4%)
  OECD以外のヨーロッパ/ユーラシア (8.0%)
  中国 (22%)
  OECD以外のアジア (中国除く) (13.4%)
  OECD以外のアメリカ (4.4%)
  アフリカ (5.8%)
  バンカー（航空・海洋） (3%)

2017年の世界の資源別発電量。総発電量は26 PWh[2]。

  石炭 (38%)
  天然ガス (23%)
  水力 (16%)
  原子力 (10%)
  風力 (4%)
  石油 (3%)
  太陽 (2%)
  バイオ燃料 (2%)
  その他 (2%)

一次エネルギー（いちじエネルギー、PE）とは、自然界に存在するエネルギーで、人為的な変換プロセスを経ていないものである。これは、原燃料に含まれるエネルギーであり、システムへの入力として受け取った他の形態のエネルギーも含まれる。一次エネルギーには、枯渇性と再生可能なものがある。

化石燃料を表すために一次エネルギーが使われる場合、燃料の内包エネルギー（英語版）は熱エネルギーとして利用可能であり、一般的には約70％が電気エネルギーや機械エネルギーへの変換で失われる。太陽エネルギーや風力エネルギーを電気に変換する場合も同様に60-80％の変換ロスがあるが、今日の国連のエネルギー統計条約では、風力や太陽から作られた電気をこれらのエネルギー源の一次エネルギーとして計上する。この計上方法の結果、風力や太陽エネルギーの寄与は化石エネルギー源に比べて低く報告され、風力や太陽の一次エネルギーの計上方法について国際的な議論が行われている[3]。

一次エネルギー供給量（TPES）は、生産・輸入の合計から輸出・貯蔵量の変化を差し引いたものである[4]。

一次エネルギーの概念は、エネルギー学と同様、エネルギー統計学の分野では、エネルギー収支の編集で使用されている。エネルギー学では、一次エネルギー源（PES）とは、人間社会で使用されるエネルギーキャリアを供給するためにエネルギー部門が必要とするエネルギー形態を指す[5]。

二次エネルギーとは、電気などのエネルギーキャリアのことである。これらは一次エネルギー源から変換されて生成される。

PEとTPESは、世界的なエネルギー供給（英語版）の文脈でより明確に定義されている。

エネルギー源の例

一次エネルギー源は、それらがエネルギーキャリアに変換されるエネルギーシステム（英語版）の構成要素（または変換プロセス）と混同されるべきではない。

一次エネルギー源 右の要素で
変換される 		エネルギーシステム構成要素 右の
キャリアへ 		エネルギーキャリア （主）
枯渇性[nb 1] 化石燃料 石油（または原油） 製油所 燃料油
石炭または天然ガス 化石燃料発電所（英語版） エンタルピー、力学的仕事または電気
鉱物燃料 天然ウラン[nb 2] 原子力発電所（核分裂） 電気
天然トリウム トリウム増殖炉（英語版） エンタルピーまたは電気
再生可能 太陽エネルギー 太陽光発電所（Solar powerも参照） 電気
集光型太陽熱発電、太陽炉（太陽熱発電も参照） エンタルピー
風力 集合型風力発電所（風力発電も参照） 力学的仕事または電気
落水や流水、 潮汐エネルギー[6] 水力発電所、波力発電ファーム（英語版）、潮力発電所 力学的仕事または電気
バイオマス源 バイオマス発電所 エンタルピーまたは電気
地熱エネルギー 地熱発電所 エンタルピーまたは電気

使用可能エネルギー

一次エネルギー源は、エネルギー部門によってエネルギーキャリアの生成のために変換される。
→詳細は「エクセルギー」を参照

一次エネルギー源は、エネルギー変換の過程で、電気エネルギーや精製燃料、水素燃料などの合成燃料など、社会で直接利用できるより便利なエネルギーに変換される。エネルギー学の分野では、これらの形態をエネルギーキャリアと呼び、エネルギー統計学における「二次エネルギー」の概念に相当する。

エネルギーキャリア（または二次エネルギー）への変換

エネルギーキャリアとは、一次エネルギー源から変換されたエネルギー形態のことである。電気は最も一般的なエネルギーキャリアの一つで、石炭、石油、天然ガス、風力などの様々な一次エネルギー源から変換されている。電気はエントロピーが低く（秩序が高く）、他のエネルギーに効率よく変換できるため、とくに有用である。地域熱供給も二次エネルギーの一例である[7]。

熱力学の法則によれば、一次エネルギー源は生産できない。エネルギーキャリアの生産を可能にするために、社会で利用できるようにしなければならない[5]。

変換効率は様々である。熱エネルギーの場合、電気や力学エネルギーの生産はカルノーの定理によって制限され、多くの廃熱が発生する。他の非熱的な変換は、より効率的になる可能性がある。例えば、風力タービンは風力エネルギーをすべて取り込むわけではないが、風力エネルギーは低エントロピーであるため、変換効率が高く、廃熱をほとんど発生させない。原理的には太陽光発電の変換は非常に効率が良いかもしれないが、電流変換は狭い範囲の波長のみでうまくいくのに対し、太陽熱はカルノー効率の限界もある。水力発電も非常に秩序立っており、非常に効率的に変換されている。使用可能エネルギー量とは、システムのエクセルギーのことである。

サイトエネルギーとソースエネルギー

サイトエネルギー（site energy）とは、特定の場所で消費されるあらゆる形態の最終消費エネルギーの量を指す用語で北アメリカで使用される。これは一次エネルギー（ある場所で燃焼される天然ガスなど）と二次エネルギー（電気など）の組み合わせである。サイトエネルギーは、キャンパス、建物、またはサブビルディングレベルで測定され、光熱費におけるエネルギー料金のベースとなる[8]。

対照的にソースエネルギー（source energy）は、施設のサイトエネルギーを供給するために消費される一次エネルギーの量を表す用語として北アメリカで使用されている。これは、すべてのサイトエネルギーを含み、伝送、送達、変換の間に失うエネルギーを加えたものであるため、常にサイトエネルギーよりも大きい[9]。ソースエネルギーまたは一次エネルギーは、エネルギー消費のより完全な全体像をもたらすが、直接測定することはできず、サイトエネルギーの測定値から変換係数を用いて換算しなければならない[8]。電気の場合、典型的な値は、サイトエネルギー1単位に対してソースエネルギー3単位である[10]。しかし、これは一次エネルギー源や燃料の種類、発電所の種類、送電インフラなどの要因によって大きく変化することがある。変換係数の完全なセットは、エネルギースターから技術参考資料として入手可能である[11]。

異なる施設のエネルギー使用を比較・分析する際には、サイトエネルギーまたはソースエネルギーのいずれかが適切な基準となる。例えば、米国エネルギー情報局は、エネルギーの概要には一次エネルギー（ソース）を使用しているが[12]、商業ビル[13]や住宅ビルのエネルギー消費量調査にはサイトエネルギーを使用している[14]。米国環境保護庁のエネルギースタープログラムではソースエネルギーの使用を推奨しており[15]、米国エネルギー省ではネット・ゼロ・エネルギー・ビルの定義にサイトエネルギーを使用している[16]。

見通し

一次エネルギーの見通し。2007年から予測（EIA、2010）

エネルギー事故と死者

エネルギー事故とは、エネルギーや電力の供給システムで発生する事故のことである。このような事故は、多くのシステムが正常稼働している場合と同様に、例えば公害による死亡事故につながる可能性がある。

世界的には、石炭は1兆kWhあたり10万人の死者を出している[17]。

注釈

  1. ^ 地球科学の規模では、全一次エネルギー源は再生可能であると考えられる。資源の再生不能な本質（PES）は、人間社会内のニーズの規模によるものである。ある状況では、人間社会による資源の利用は、地球物理的に再生される最低速度よりもはるかに速く行われている。これが、枯渇性一次エネルギー源（石油、石炭、ガス、ウラン）と再生可能一次エネルギー源（風力、太陽光、水力）の区別の根拠となっている。
  2. ^ 核分裂発電所では、プルトニウムや劣化ウランなどの核燃料も使用されている。しかし、自然界には量的に存在しないため、一次エネルギー源とは考えられない。実際、これらの核燃料を利用できるようにするためには、天然のウラン（一次エネルギー源）を消費しなければならない。

出典

  1. ^ a b “2019 Key World Energy Statistics” (PDF). IEA (2019年). 2020年1月21日閲覧。
  2. ^ “Electricity generation by source”. International Energy Agency. 2020年3月7日閲覧。
  3. ^ Sauar. “IEA underreports contribution solar and wind by a factor of three compared to fossil fuels”. energypost.eu. Energy Post. 22 April 2018閲覧。
  4. ^ “OECD Factbook 2013: Economic, Environmental and Social Statistics” (2013年). 12 April 2014閲覧。
  5. ^ a b Giampietro, Mario; Mayumi, Kozo (2009). The Biofuel Delusion: The Fallacy of Large Scale Agro-Biofuels Production. Earthscan, Taylor & Francis group. pp. 336. ISBN 978-1-84407-681-9 
  6. ^ "Energy and the Natural Environment" Archived 2008-10-24 at the Wayback Machine. by David A. Dobson, Ph.D., Welty Environmental Center Feature Article, accessed July 9, 2009
  7. ^ U.S. EPA Energy STAR Retrieved 2017-11-03
  8. ^ a b “Measuring energy: site energy vs. source energy in ENERGY STAR Portfolio Manager”. Natural Resources Canada. November 8, 2017閲覧。
  9. ^ Torcellini, Paul; Pless, Shanti; Deru, Michael; Crawley, Drury (June 2006). “Zero energy buildings: a critical look at the definition”. ACEEE Summer Study (National Renewable Energy Laboratory/U.S. Department of Energy). https://www.nrel.gov/docs/fy06osti/39833.pdf. 
  10. ^ “Site Energy vs Source Energy”. The World Bank. November 8, 2017閲覧。
  11. ^ “Technical Reference: Source Energy”. 2017年11月9日閲覧。
  12. ^ “Total Energy - U.S. Energy Information Administration (EIA)”. www.eia.gov. 2017年11月9日閲覧。
  13. ^ “Commercial Buildings Energy Consumption Survey (CBECS) - U.S. Energy Information Administration (EIA)” (英語). www.eia.gov. 2017年11月9日閲覧。
  14. ^ “Residential Energy Consumption Survey (RECS) - U.S. Energy Information Administration (EIA)” (英語). www.eia.gov. 2017年11月9日閲覧。
  15. ^ “The difference between source and site energy” (英語). www.energystar.gov. 2017年11月9日閲覧。
  16. ^ “DOE Releases Common Definition for Zero Energy Buildings, Campuses, and Communities”. Energy.gov. 2017年11月20日閲覧。
  17. ^ How Deadly Is Your Kilowatt? We Rank The Killer Energy Sources James Conca, June 10, 2012

参考文献

外部リンク