Мировое потребление энергии

Мировое потребление энергии означает общее количество энергии, потребляемое человеческой цивилизацией. Как правило, оно включает в себя всю энергию, извлекаемую из всех энергоресурсов и потребляемую человечеством во всех промышленных и потребительских секторах экономики в каждой стране. Будучи энергетической мерой цивилизации, мировое потребление энергии имеет серьёзное значение для социально-экономической и политической сфер человеческой цивилизации.

Такие учреждения, как Международное энергетическое агентство (IEA), U.S. Energy Information Administration (EIA) и Европейское агентство по окружающей среде (EEA), ведут учёт и периодически публикуют данные по энергетике. Уточнённые данные и понимание мирового потребления энергии позволяют выявить системные тенденции и шаблоны, сформировать текущие вопросы энергетики и принять оптимальные для всех решения.

Идет постоянная работа над повышением энергоэффективности и энергосбережения. Растёт роль возобновляемых источников энергии. В 2018 году доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии составила 26 %, вместе с ядерной энергетикой — 36,1 %.^[3]

1 ПВт·ч = 10¹² кВт·ч

Рост энергопотребления в странах G20 замедлился до 2 % в 2011 году вследствие экономического кризиса. На протяжении последних нескольких лет мировой спрос на энергию определяется растущими китайским и индийским рынками, в то время как развитые страны борются с замедлением экономики, высокими ценами на нефть, приводящими к сохранению или даже снижению потребления энергии.^[5]

По данным МЭА (Международное энергетическое агентство) с 1990 по 2008 год среднее потребление энергии на душу населения увеличилось на 10 %, тогда как население мира увеличилось на 27 %. Региональное потребление энергии также выросло с 1990 по 2008 год: на Ближнем Востоке — на 170 %, в Китае — на 146 %, в Индии — на 91 %, в Африке — на 70 %, в Латинской Америке — на 66 %, в США — на 20 %, в ЕС-27 — на 7 %, и всём мире — на 39 %.

В 2008 году общее мировое потребление энергии составило 474 ЭДж (474⋅10¹⁸ Дж = 132 000 ТВт·ч), что эквивалентно среднему энергопотреблению 15 ТВт.^[6] Годовой потенциал потребления энергии из возобновляемых источников: солнечной энергии — 1 575 ЭДж (438 000 ТВт·ч), энергии ветра — 640 ЭДж (178 000 ТВт·ч), геотермальной энергии — 5 000 ЭДж (1 390 000 ТВт·ч), биомассы — 276 ЭДж (77 000 ТВт·ч), гидроэнергии — 50 ЭДж (14 000 ТВт·ч) и энергии океана — 1 ЭДж (280 ТВт·ч).^[7][8][9]

Потребление энергии в странах G20 увеличились более чем на 5 % в 2010 году после небольшого падения в 2009 году. В 2009 году мировое потребление энергии сократилось впервые за 30 лет на -1,1 % (что эквивалентно 130 Мт нефти) в результате экономического кризиса, который сократил мировой ВВП на 0,6 % в 2009 году.^[10]

Сокращение энергопотребления стало результатом двух противоположных тенденций: значительного роста потребления энергии в нескольких развивающихся странах, в частности в Азии (+4 %), и падения потребления в странах ОЭСР на 4,7 % в 2009 году до уровня 2000 года. В Северной Америке, Европе и СНГ энергопотребление сократилось на 4,5 %, 5 % и 8,5 % соответственно в связи с замедлением экономической активности. Китай стал одним из крупнейших мировых потребителей энергии (18% от общего объема), увеличив его на 8 % в 2009 году (4 % в 2008 году). Нефть осталась важнейшим энергоресурсом с долей 33 %, несмотря на то, что его доля постоянно уменьшается. Уголь приобретает всё большую роль в мировом потреблении энергии: в 2009 году его доля составила 27 % от общего объёма.

Большая часть энергии потребляется в странах-производителях, поскольку дешевле транспортировать конечную продукцию, чем сырьё. В 2008 году доли экспорта в общем производстве энергии по видам топлива: нефти — 50 % (1 952/3 941 Мт), газа — 25 % (800/3 149 млрд м³), каменного угля — 14 % (793/5 845 Мт) и электроэнергии — 1 % (269/20 181 ТВт·ч).^[11]

После Чернобыльской катастрофы (1986) инвестиции в атомную энергетику были небольшими.

Потребление ископаемых энергоресурсов сильно выросло в 2000—2008 гг.^[12]

В 2013 году было инвестировано более 1600 млрд долларов, чтобы обеспечить энергией потребителей в мире, что в два раза больше по отношению к 2000 году; в повышение энергоэффективности вложены 130 млрд долларов.

Растёт роль возобновляемых источников энергии: объем инвестиций составлял 60 млрд долларов в 2000 году, достиг максимума в 300 млрд долларов в 2011 году, и составил 250 млрд долларов в 2013 году. В добычу и транспортировку ископаемого топлива, переработку нефти и строительство тепловых электростанций на ископаемом топливе инвестировано 1100 млрд долларов (2013)^[13].

МЭА ожидает, основываясь на рассмотрении обязательств Парижского соглашения, охватывающего около 190 стран, что мировое потребление энергии к 2040 году увеличится на 30 % благодаря индустриализации Индии, Юго-Восточной Азии и Китая. При этом, потребление возобновляемой энергии растет самыми быстрыми темпами, потребление природного газа возрастает на 50 %, спрос на нефть достигнет пика к 2040 году, а использование угля не будет расти^[14].

Большая часть мировых энергоресурсов приходится на трансформацию солнечной энергии на поверхности планеты в другие формы. Часть этой энергии сохранилась в виде ископаемых энергоресурсов, часть прямо или косвенно можно использовать, например, при помощи ветровых, солнечных, гидро- или волновых электростанций. Количество энергии, измеренное спутниками, примерно равна 1 368 Вт/м²^[17] и колеблется на 6,9 % в течение года в связи с различной удаленностью Земли от Солнца. Общее количество солнечной энергии, получаемой планетой, примерно равно 89 ПВт.

Оценки оставшихся мировых невозобновляемых энергоресурсов разнятся, тогда как оставшиеся ископаемые энергоресурсы оцениваются в 0,4 ИДж (1 ИДж = 10²⁴ Дж), а доступные ядерные энергоресурсы, такие как уран, превышают 2,5 ИДж. Ископаемые энергоресурсы можно оценить в 0,6-3,0 ИДж, если включить в оценку запасы гидратов метана, при условии, что они технически доступны.

Поток солнечной энергии на Землю составляет 3,8 ИДж/год, что затмевает запасы всех невозобновляемых энергоресурсов.

Выбросы углекислого газа от мировой энергетики составили 33 гигатонны в 2018 году и выросли на 1,7 % по сравнению с предыдущим годом^[18].

По данным МЭА за 2012 год — ограничить климатическое потепление 2 °C с каждым годом становится все более сложной и дорогостоящей задачей — если не будет принято никаких мер до 2017 года, весь допустимый объем выбросов CO₂ будет исчерпан энергетической инфраструктурой уже в 2017 году.^{[обновить данные]}

• Киотский протокол (2005)
• Парижское соглашение (2015)

По сценарию 450 ppm около 60 % мощности, сгенерированной в 2040 году, должно быть из возобновляемых источников энергии^[19]; средние выбросы от электрогенерации должны упасть до 80 грамм CO₂ на КВт·час (в то время как в 2018 году они составляют 475 грамм CO₂ на КВт·час)^[20].

Общемировое производство энергии, как и конечное потребление отличаются от мирового использования энергии из-за различных потерь. Например, в 2008 году, мировое производство энергии было 143 ПВт·ч, а потребление всего 98 ПВт·ч. Потери энергии зависят от источника энергии и использованных технологий. КПД тепловых станций имеет фундаментальные ограничения, например АЭС теряют на нагрев окружающей среды около 70 %, и лишь около 30 % преобразуется в электричество (так, на 2008 все АЭС в мире произвели 8 ПВт·ч (около 5,8 % от всего производства), тогда как до потребителей дошло лишь 2,7 ПВт·ч).

Энергия может существовать в разных формах с различным качеством. Тепловая энергия, особенно при низких температурах носителя имеет низкое качество (лишь небольшая её доля может быть преобразована тепловой машиной в полезную работу), тогда как электричество является высококачественной формой энергии. Требуется порядка 3 кВт·ч энергии, хранимой в виде тепла с достаточно высокой температурой, чтобы произвести 1 кВт·ч электричества.

Учитывается также удобство хранения и транспортирования энергии. На 2018 год лидером выступает нефть и производные топлива. Считается, что даже при снижении EROEI ниже единицы добыча/синтез нефти будет продолжаться в силу удобства использования.

Потребление энергии слабо коррелирует с ВВП и климатом, но существует большая разница даже между наиболее развитыми странами, такими как Япония и Германия, которые потребляют 6 кВт энергии на душу населения, и США с энергопотреблением 11,4 кВт на душу населения. В развивающихся странах, особенно тех, которые находятся субтропических и тропических широтах, например, в Индии, энергопотребление на душу населения составляет около 0,7 кВт; Бангладеш имеет минимальное энергопотребление, равное 0,2 кВт на душу населения.

США потребляют 25 % мировой энергии, имея 22 % мирового ВВП и 4,59 % населения мира.^[21]. Наиболее значительный рост потребления энергии в настоящее время приходится на Китай, которое растёт на 5,5 % в год в последние 25 лет; его население (1,3 млрд человек, 19,6 % населения мира^[21]) потребляет энергию в размере 1,6 кВт на душу населения.

Одной из мер энергоэффективности страны является энергоёмкость, которая показывает какое количество энергии нужно стране, чтобы произвести один доллар ВВП.

В 2013 году на Саудовскую Аравию, Россию и США приходилось 36,6 % мировой добычи нефти^[22].

На Саудовскую Аравию, Россию и Нигерию приходилось (на 2012 год) 37 % экспорта нефти^[22].

В 2002—2012 годах около половины прироста потребления энергии приходилось на уголь, опережая прирост мощностей всех возобновляемых источников энергии^[24]. В 2013 году мировая добыча достигла максимума 9 миллиардов тонн в год^[25]

Промышленные потребители (сельское хозяйство, горнодобывающая промышленность, производство, строительство) потребляют около 37% от всей произведённой энергии в 15 млрд МВт·ч. Личный и коммерческий транспорт потребляет около 20%; личное отопление, освещение и электроприборы используют 11%; коммерческое потребление (освещение, отопление и охлаждение коммерческих зданий, водоснабжение и канализация) составляет около 5% от общего потребления энергии.^[30]

Оставшиеся 27 % мирового потребления энергии теряются при производстве и передаче электроэнергии. В 2005 году мировое потребление электроэнергии составило около 2 млрд МВт·ч, для производства которого было израсходовано около 5 млрд МВт·ч энергии, поскольку эффективность существующих электростанций составляет около 38 %.^[31] Новое поколение газовых ТЭЦ достигает значительно более высокой эффективности в 55 %. Но самым распространенным топливом для ТЭЦ в мире всё равно является уголь.^[32]

Европейское агентство по окружающей среде (EEA) учитывает только конечное потребление энергии (т.е. не включает энергию, потерянную при производстве и передаче электроэнергии) и считает, что транспорт использует 31,5 % конечного потребления энергии, промышленность — 27.6 %, домашние хозяйства — 25,9 %, сектор услуг — 11,4 % и сельское хозяйство — 3,7 %.^[33] Потребление энергии ответственно за большую часть выбросов парниковых газов (79 %), причём энергетический сектор ответственен за 31 %, транспорт — 19 %, промышленность — 13 %, домашние хозяйства — 9 %, прочие — 7 %.^[34]

В то время как энергоэффективность приобретает все большее значение для государственной политики, более 70 % угольных электростанций Европейского Союза имеют возраст более 20 лет и работают с эффективностью 32-40 %.^[35] Технологические разработки 1990-х годов позволили повысить эффективность до уровня 40-45 % в новых ТЭЦ.^[35] Однако, согласно оценке Европейской комиссии это все ещё ниже уровня наилучших существующих технологий (НСТ), которые имеют эффективность 46-49 %.^[35] Эффективность газовых ТЭЦ в среднем составляет 52 % по сравнению с 58-59 % наилучшей существующей технологии. Газовые и нефтяные котельные работают со средним КПД 36% (НСТ обеспечивает 47 %).^[35] Согласно той же оценке Европейской комиссии строительство новых эффективных ТЭЦ и повышение эффективности большинства действующих ТЭЦ до среднего КПД в 51,5 % в 2020 году приведет к уменьшению годового потребления 15 млрд м³ природного газа и 25 млн тонн угля.^[35]

• Шкала Кардашёва
• Норма энергопотребления