عائد الطاقة على الاستثمار

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

في اقتصاديات الطاقة والطاقة البيئية ، يُعرف العائد الطاقي على الاستثمار ( EROI )، والذي يُطلق عليه أحيانًا العائد الطاقي على الطاقة المستثمرة ( ERoEI )، بأنه نسبة كمية الطاقة القابلة للاستخدام (الطاقة المتاحة ) المُستمدة من مصدر طاقة معين إلى كمية الطاقة المتاحة المستخدمة للحصول على مصدر الطاقة هذا. [ 1 ]

حسابيًا، يمكن تعريف نسبة العائد على الاستثمار (EROI) على النحو التالي:

هـRياأنا=الطاقة المُوَصَّلةالطاقة اللازمة لتوصيل تلك الطاقة{\displaystyle EROI={\frac {\hbox{الطاقة المُوَصَّلة}}{\hbox{الطاقة المطلوبة لتوصيل تلك الطاقة}}}}[ 2 ]​

عندما تكون نسبة الطاقة المُستَخدَمة في مصدر طاقة أقل من أو تساوي واحدًا، يصبح هذا المصدر "مُستَهلَكًا للطاقة" ولا يُمكن استخدامه كمصدر طاقة. ويُستخدم مقياس مُرتبط يُسمى نسبة الطاقة المُخزَّنة إلى الطاقة المُستَخدَمة ( ESOEI ) لتحليل أنظمة التخزين. [ 3 ] [ 4 ]

لكي يُعتبر الوقود أو مصدر الطاقة قابلاً للتطبيق كمصدر رئيسي للطاقة، يجب أن تكون نسبة العائد على الطاقة المستثمرة فيه 3:1 على الأقل. [ 5 ] [ 2 ]

تاريخ

يُنسب الفضل في انتشار مجال دراسة تحليل الطاقة إلى تشارلز أ. س. هول ، أستاذ علم البيئة النظمية والاقتصاد الفيزيائي الحيوي في جامعة ولاية نيويورك . طبق هول المنهجية البيولوجية التي طُوّرت في مختبر بيولوجيا النظم البحرية، ثم كيّف تلك المنهجية لدراسة الحضارة الصناعية البشرية. وقد حظي هذا المفهوم بأكبر قدر من الانتشار عام 1984، مع ورقة بحثية لهول نُشرت على غلاف مجلة ساينس . [ 6 ] [ 7 ]

تطبيقها على مختلف التقنيات

الخلايا الكهروضوئية

يُعدّ قياس عائد الطاقة المُستثمرة (EROI) لتقنيات الخلايا الكهروضوئية أمرًا صعبًا، ولا يزال موضوعًا للعديد من الدراسات. ويعود ذلك أساسًا إلى اختلاف "الطاقة المُستثمرة" تبعًا للتكنولوجيا والمنهجية وافتراضات حدود النظام، مما ينتج عنه نطاق يتراوح بين 2000  كيلوواط ساعة/م² كحد أقصى و300  كيلوواط ساعة/م² كحد أدنى ، بقيمة متوسطة تبلغ 585  كيلوواط ساعة/م² وفقًا لدراسة تحليلية شاملة من عام 2013. [ 9 ]

أما بالنسبة للناتج، فهو يعتمد على الإشعاع الشمسي المحلي ، وليس فقط على النظام نفسه، لذلك يجب وضع افتراضات.

تتضمن بعض الدراسات (انظر أدناه) في تحليلها أن الخلايا الكهروضوئية تنتج الكهرباء، في حين أن الطاقة المستثمرة قد تكون طاقة أولية منخفضة الدرجة .

استعرضت دراسة نُشرت عام 2015 في مجلة "مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة" فترة استرداد الطاقة وعائد الاستثمار الطاقي لمجموعة متنوعة من تقنيات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية. في هذه الدراسة، التي استخدمت إشعاعًا شمسيًا قدره 1700  كيلوواط ساعة/م² / سنة وعمرًا افتراضيًا للنظام يبلغ 30 عامًا، وُجد أن متوسط ​​عائد الاستثمار الطاقي الموحد يتراوح بين 8.7 و34.2. وتراوح متوسط ​​فترة استرداد الطاقة الموحدة بين 1.0 و4.1 سنوات. [ 10 ] في عام 2021، حسب معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية فترة استرداد طاقة تبلغ حوالي عام واحد لمنشآت الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأوروبية (0.9 سنة لمدينة كاتانيا في جنوب إيطاليا، و1.1 سنة لبروكسل) باستخدام خلايا PERC المصنوعة من السيليكون على شكل رقائق. [ 11 ]

توربينات الرياح

تشير الدراسات العلمية إلى أن معدل العائد الفعال على الاستثمار (EROI) لتوربينات الرياح يبلغ حوالي 16 بدون استخدام مُخفِّف و4 مع استخدام مُخفِّف. [ 12 ] وأظهرت البيانات التي جُمعت عام 2018 أن متوسط ​​معدل العائد الفعال على الاستثمار لتوربينات الرياح العاملة بلغ 19.8، مع تباين كبير تبعًا لظروف الرياح وحجم التوربين. [ 13 ] ويميل معدل العائد الفعال على الاستثمار إلى أن يكون أعلى في توربينات الرياح الحديثة مقارنةً بتوربينات الرياح ذات التقنية القديمة. وتشير شركة فيستاس إلى أن معدل العائد الفعال على الاستثمار لتوربين الرياح طراز V150 يبلغ 31. [ 14 ]

محطات الطاقة الكهرومائية

يبلغ متوسط ​​العائد على الاستثمار لمحطات الطاقة الكهرومائية حوالي 110 عند تشغيلها لمدة 100 عام تقريبًا. [ 15 ]

الرمال النفطية

نظرًا لأن جزءًا كبيرًا من الطاقة اللازمة لإنتاج النفط من الرمال النفطية (البيتومين) يأتي من أجزاء منخفضة القيمة يتم فصلها خلال عملية التكرير، فهناك طريقتان لحساب عائد الطاقة على الاستثمار (EROI): القيمة الأعلى التي تُحسب عند احتساب مدخلات الطاقة الخارجية فقط، والقيمة الأقل التي تُحسب عند احتساب جميع مدخلات الطاقة، بما في ذلك الطاقة المُولّدة ذاتيًا. وقد وجدت إحدى الدراسات أن صافي عائدات الطاقة من الرمال النفطية كان حوالي 1.0 في عام 1970، ولكنه ارتفع بحلول عام 2010 إلى حوالي 5.23. [ 16 ]

النفط التقليدي

تتفاوت مصادر النفط التقليدية بشكل كبير تبعاً لعوامل جيولوجية مختلفة. ويتراوح معدل العائد على الطاقة المستثمرة للوقود المكرر من مصادر النفط التقليدية بين 18 و43 تقريباً. [ 17 ]

الصخر الزيتي

نظراً لمتطلبات الحرارة اللازمة لاستخراج الصخر الزيتي، فإنّ نسبة العائد على الطاقة المستثمرة (EROI) منخفضة. عادةً ما يُستخدم الغاز الطبيعي، إما بحرقه مباشرةً لتوفير الحرارة اللازمة للمعالجة أو لتشغيل توربين لتوليد الكهرباء، والذي بدوره يستخدم عناصر تسخين كهربائية لتسخين طبقات الصخر الزيتي تحت الأرض لإنتاج الزيت من الكيروجين. تتراوح نسبة العائد على الطاقة المستثمرة الناتجة عادةً بين 1.4 و1.5. [ 17 ] من الناحية الاقتصادية، قد يكون استخراج الصخر الزيتي مجدياً نظراً لوجود الغاز الطبيعي المجاني تقريباً في الموقع والذي يُستخدم لتسخين الكيروجين، لكن المعارضين يرون أنه من الممكن استخراج الغاز الطبيعي مباشرةً واستخدامه كوقود نقل رخيص نسبياً بدلاً من تسخين الصخر الزيتي، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة العائد على الطاقة المستثمرة وزيادة انبعاثات الكربون.

السوائل النفطية

من المتوقع أن ينخفض ​​متوسط ​​العائد على الاستثمار القياسي المرجح لجميع السوائل النفطية (بما في ذلك تحويل الفحم إلى سوائل، وتحويل الغاز إلى سوائل، والوقود الحيوي، وما إلى ذلك) من 44.4 في عام 1950 إلى 6.7 في عام 2050. [ 18 ]

الغاز الطبيعي

تشير التقديرات إلى أن معدل العائد على الاستثمار القياسي للغاز الطبيعي سينخفض ​​من 141.5 في عام 1950 إلى مستوى ثابت ظاهري يبلغ 16.8 في عام 2050. [ 19 ]

محطات الاحتراق

تتراوح نسبة العائد على الطاقة المستثمرة (EROI) للمحطات النووية من 20 [ 20 ] إلى 81. [ 21 ]

مصادر الطاقة غير المصنعة

لا تُحتسب مصادر الطاقة الطبيعية أو الأولية ضمن حساب الطاقة المُستثمرة، بل تُحتسب فقط المصادر التي يستخدمها الإنسان. فعلى سبيل المثال، في حالة الوقود الحيوي، لا تُحتسب الطاقة الشمسية المُستخدمة في عملية التمثيل الضوئي ، ولا تُحتسب الطاقة المُستخدمة في التخليق النجمي للعناصر الانشطارية في الانشطار النووي . وتشمل الطاقة المُستردة الطاقة القابلة للاستخدام البشري فقط، ولا تشمل النفايات مثل الحرارة المُهدرة .

مع ذلك، يمكن احتساب الحرارة بأي شكل من أشكالها عند استخدامها فعلياً للتدفئة. إلا أن استخدام الحرارة المهدرة في التدفئة المركزية وتحلية المياه في محطات التوليد المشترك نادر، وغالباً ما يُستبعد عملياً من تحليل عائد الطاقة على الاستثمار لمصادر الطاقة.

المنهجية المنافسة

في ورقة بحثية نُشرت عام 2010 من قِبل مورفي وهول، تم تفصيل بروتوكول حدودي مُقترح ومُوسّع ("Ext") لجميع الأبحاث المستقبلية حول نسبة الطاقة المُستثمرة (EROI)، وذلك بهدف إنتاج ما يعتبرانه تقييمًا أكثر واقعية وتحقيق قدر أكبر من الاتساق في المقارنات مقارنةً بما يعتبره هول وآخرون "نقاط ضعف" في المنهجيات المُنافسة. [ 22 ] مع ذلك، في السنوات الأخيرة، أصبح ابتكار منهجية مختلفة، أقرّها بعض أعضاء وكالة الطاقة الدولية، مصدرًا للجدل المُستمر ، حيث تُنتج هذه المنهجية، على سبيل المثال لا الحصر في حالة الألواح الشمسية الكهروضوئية ، قيمًا أكثر إيجابية بشكل مثير للجدل. [ 23 ] [ 24 ]

في حالة الألواح الشمسية الكهروضوئية، يميل منهج وكالة الطاقة الدولية إلى التركيز على الطاقة المستخدمة في عملية التصنيع فقط. في عام 2016، لاحظ هول أن معظم الأعمال المنشورة في هذا المجال صادرة عن جهات داعمة أو أشخاص تربطهم علاقات بمصالح تجارية بين التقنيات المتنافسة، وأن الوكالات الحكومية لم توفر بعد التمويل الكافي لإجراء تحليل دقيق من قبل جهات مراقبين أكثر حيادية. [ 25 ] [ 26 ]

العلاقة بكسب الطاقة الصافي

يقيس كل من معدل العائد على الاستثمار (EROI) والطاقة الصافية (الربح) نفس جودة مصدر أو مستهلك الطاقة، ولكن بطرق مختلفة عدديًا. تصف الطاقة الصافية الكميات، بينما يقيس معدل العائد على الاستثمار النسبة أو كفاءة العملية. ويرتبطان ببساطة من خلال

إجمالي إنتاج الطاقة÷الطاقة المستهلكة=هـRياأنا{\displaystyle {\hbox{GrossEnergyYield}}\div {\hbox{EnergyExpended}}=EROI}

أو

(نت إنرجي÷الطاقة المستهلكة)+1=هـRياأنا{\displaystyle ({\hbox{NetEnergy}}\div {\hbox{EnergyExpended}})+1=EROI}

على سبيل المثال، في عملية ذات عائد طاقة على الاستثمار (EROI) قدره 5، فإن استهلاك وحدة طاقة واحدة يُحقق ربحًا صافيًا في الطاقة قدره 4 وحدات. وتحدث نقطة التعادل عندما يكون عائد الطاقة على الاستثمار (EROI) مساويًا لـ 1 أو عندما يكون الربح الصافي في الطاقة صفرًا. ويُطلق على الوقت اللازم للوصول إلى نقطة التعادل هذه اسم فترة استرداد الطاقة (EPP) أو زمن استرداد الطاقة (EPBT). [ 27 ] [ 28 ]

النفوذ الاقتصادي

على الرغم من أن العديد من خصائص مصدر الطاقة مهمة (على سبيل المثال، النفط كثيف الطاقة وقابل للنقل، بينما الرياح متغيرة)، فعندما ينخفض ​​معدل العائد على الاستثمار لمصادر الطاقة الرئيسية للاقتصاد، يصبح الحصول على تلك الطاقة أكثر صعوبة وقد يرتفع سعرها النسبي .

فيما يتعلق بالوقود الأحفوري، عندما اكتُشف النفط لأول مرة، كان يتطلب الأمر في المتوسط ​​برميلًا واحدًا من النفط للعثور على حوالي 100 برميل من النفط واستخراجها ومعالجتها. أما بالنسبة لاكتشاف الوقود الأحفوري في الولايات المتحدة، فقد انخفضت هذه النسبة باطراد على مدى القرن الماضي من حوالي 1000:1 في عام 1919 إلى 5:1 فقط في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين. [ 2 ]

منذ اختراع الزراعة، ازداد اعتماد البشر على مصادر الطاقة الخارجية لتعزيز قوتهم العضلية. ويعزو بعض المؤرخين هذا التوجه إلى حد كبير إلى سهولة استغلال مصادر الطاقة (أي ذات معدل العائد على الطاقة المرتفع)، وهو ما يرتبط بمفهوم " عبيد الطاقة" . ويجادل توماس هومر-ديكسون [ 29 ] بأن انخفاض معدل العائد على الطاقة في أواخر الإمبراطورية الرومانية كان أحد أسباب انهيار الإمبراطورية الغربية في القرن الخامس الميلادي. ويشير في كتابه "الجانب المشرق من الانحدار" إلى أن تحليل معدل العائد على الطاقة يوفر أساسًا لتحليل صعود الحضارات وسقوطها. وبالنظر إلى أقصى اتساع للإمبراطورية الرومانية (60 مليون نسمة) وقاعدتها التكنولوجية، كانت القاعدة الزراعية لروما تُنتج حوالي 1:12 هكتارًا من القمح و1:27 هكتارًا من البرسيم (مما يُعطي إنتاجية 1:2.7 للثيران). ويمكن استخدام هذه البيانات لحساب عدد سكان الإمبراطورية الرومانية في أوج قوتها، بناءً على استهلاك يتراوح بين 2500 و3000 سعر حراري يوميًا للفرد. تُعادل هذه المساحة تقريبًا مساحة إنتاج الغذاء في أوجها. إلا أن الأضرار البيئية ( إزالة الغابات ، وفقدان خصوبة التربة ، لا سيما في جنوب إسبانيا وجنوب إيطاليا وصقلية، وخاصة شمال إفريقيا) أدت إلى انهيار النظام بدءًا من القرن الثاني الميلادي، مع انخفاض نسبة العائد على الاستثمار. وبلغت أدنى مستوياتها عام 1084 عندما انخفض عدد سكان روما، الذي بلغ ذروته في عهد تراجان عند 1.5 مليون نسمة، إلى 15 ألف نسمة فقط.

تتوافق الأدلة أيضاً مع دورة انهيار حضارتي المايا وكمبوديا. يشير جوزيف تاينتر [ 30 ] إلى أن تناقص العائد على الاستثمار الاقتصادي (EROI) يُعدّ سبباً رئيسياً لانهيار المجتمعات المعقدة، والذي يُعتقد أنه ناجم عن ذروة إنتاج الأخشاب في المجتمعات القديمة. كما يُشكّل انخفاض العائد على الاستثمار الاقتصادي نتيجة استنزاف موارد الوقود الأحفوري عالية الجودة تحدياً كبيراً للاقتصادات الصناعية، وقد يؤدي إلى انخفاض الناتج الاقتصادي، ويُشكّك في مفهوم النمو الاقتصادي الدائم (وهو مفهوم حديث نسبياً من منظور تاريخي). [ 31 ]

أظهرت دراسة حديثة (2024) أنه إذا تم قياس عائد الطاقة على الاستثمار في مرحلة الطاقة المفيدة بدلاً من الطاقة النهائية، فإن عائد الطاقة على الاستثمار للوقود الأحفوري يكون أقل من عائد الطاقة على الاستثمار للكهرباء المنتجة من مصادر الطاقة المتجددة ، حتى مع مراعاة عدم انتظام الإنتاج. [ 32 ]

انتقادات نسبة العائد على الاستثمار

يُعد قياس إنتاج الطاقة مشكلة محلولة؛ أما قياس المدخلات فلا يزال محل جدل كبير.

يُحسب معدل العائد على الطاقة المُستثمرة (EROI) بقسمة الطاقة المُخرجة على الطاقة المُدخلة. غالبًا ما يكون قياس إجمالي الطاقة المُخرجة سهلًا، لا سيما في حالة الطاقة الكهربائية، حيث يُمكن استخدام عداد كهرباء مناسب . مع ذلك، يختلف الباحثون حول كيفية تحديد الطاقة المُدخلة بدقة، وبالتالي يتوصلون إلى أرقام مختلفة لنفس مصدر الطاقة. [ 33 ]

إلى أي مدى ينبغي أن يتعمق البحث في سلسلة توريد الأدوات المستخدمة لتوليد الطاقة؟ على سبيل المثال، إذا استُخدم الفولاذ في التنقيب عن النفط أو بناء محطة طاقة نووية، فهل ينبغي احتساب الطاقة المُستهلكة في إنتاج الفولاذ؟ وهل ينبغي احتساب الطاقة المُستهلكة في بناء المصنع المُستخدم في إنتاج الفولاذ وتوزيعها على فترات زمنية محددة؟ وهل ينبغي احتساب الطاقة المُستهلكة في الطرق المستخدمة لنقل البضائع؟ وماذا عن الطاقة المُستهلكة في إعداد وجبات إفطار عمال الصلب؟ هذه أسئلة معقدة يصعب الإجابة عليها ببساطة. [ 34 ] يتطلب إجراء حساب شامل مراعاة تكاليف الفرصة البديلة ومقارنة إجمالي نفقات الطاقة في وجود هذا النشاط الاقتصادي وغيابه.

مع ذلك، عند مقارنة مصدرين للطاقة، يمكن اعتماد ممارسة معيارية لمدخلات الطاقة في سلسلة التوريد. على سبيل المثال، لنأخذ الصلب في الاعتبار، دون احتساب الطاقة المستثمرة في المصانع التي تقع على مستويات أعمق من المستوى الأول في سلسلة التوريد. ويرجع ذلك جزئيًا إلى هذه الأسباب المتعلقة بالأنظمة الشاملة، حيث خلصت ورقة مورفي وهول البحثية عام 2010 إلى أن نسبة عائد الطاقة على الاستثمار (EROI) البالغة 5، وفقًا لمنهجيتهم الموسعة، ضرورية للوصول إلى الحد الأدنى من الاستدامة، [ 22 ] بينما تُعتبر قيمة 12-13، وفقًا لمنهجية هول، الحد الأدنى اللازم للتقدم التكنولوجي ومجتمع يدعم الفنون الراقية. [ 23 ] [ 24 ]

يقترح ريتشاردز ووات نسبة إنتاج الطاقة لأنظمة الخلايا الكهروضوئية كبديل لنسبة العائد على الطاقة المُستثمرة (والتي يُشيران إليها باسم عامل عائد الطاقة ). ويكمن الاختلاف في أنها تستخدم العمر التصميمي للنظام، المعروف مسبقًا، بدلًا من عمره الفعلي. وهذا يعني أيضًا إمكانية تكييفها مع الأنظمة متعددة المكونات التي تختلف فيها أعمار المكونات. [ 35 ]

من المشكلات الأخرى المتعلقة بنسبة الطاقة المُستَخدَمة (EROI) والتي تسعى العديد من الدراسات إلى معالجتها، أن الطاقة المُستَعادَة قد تتخذ أشكالًا مختلفة، ولكل شكل منها فائدة مختلفة. فعلى سبيل المثال، يُمكن تحويل الكهرباء بكفاءة أعلى من الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية، نظرًا لانخفاض إنتروبيا الكهرباء. إضافةً إلى ذلك، قد يختلف شكل الطاقة المُدخَلة اختلافًا جذريًا عن شكل الطاقة المُستَخرَجة. فعلى سبيل المثال، يُمكن استخدام الطاقة المُستَخدَمة في صورة فحم في إنتاج الإيثانول. قد تكون نسبة الطاقة المُستَخدَمة في هذه العملية أقل من واحد، ولكنها قد تظل مرغوبة نظرًا لمزايا الوقود السائل (بافتراض عدم استخدامه في عمليات الاستخراج والتحويل).

حسابات إضافية لعائد الطاقة على الاستثمار

توجد ثلاثة حسابات رئيسية موسعة لعائد الطاقة على الاستثمار (EROI): حساب نقطة الاستخدام، والحساب الموسع، والحساب المجتمعي. يوسع حساب نقطة الاستخدام نطاق الحساب ليشمل تكلفة تكرير ونقل الوقود خلال عملية التكرير. وبما أن هذا يوسع نطاق الحساب ليشمل المزيد من عمليات الإنتاج، فإن عائد الطاقة على الاستثمار سينخفض. [ 2 ] يوفر حساب عائد الطاقة على الاستثمار الموسع توسعات نقطة الاستخدام، بالإضافة إلى تكلفة إنشاء البنية التحتية اللازمة لنقل الطاقة أو الوقود بعد تكريره. [ 36 ] أما عائد الطاقة على الاستثمار المجتمعي فهو مجموع جميع عوائد الطاقة على الاستثمار لجميع أنواع الوقود المستخدمة في مجتمع أو دولة. لم يتم حساب عائد الطاقة على الاستثمار المجتمعي بشكل كامل، ويعتقد الباحثون أنه قد يكون من المستحيل حاليًا معرفة جميع المتغيرات اللازمة لإتمام الحساب، ولكن تم وضع تقديرات مبدئية لبعض الدول. تُجرى الحسابات بجمع جميع عوائد الطاقة على الاستثمار للوقود المنتج محليًا والمستورد ومقارنة النتيجة بمؤشر التنمية البشرية (HDI)، وهو أداة تُستخدم غالبًا لفهم مستوى الرفاه في المجتمع. [ 37 ] وفقًا لهذا الحساب، فإن كمية الطاقة المتاحة للمجتمع تزيد من جودة حياة سكانه، كما أن الدول التي تعاني من نقص الطاقة تواجه صعوبة أكبر في تلبية الاحتياجات الأساسية لمواطنيها. [ 38 ] وهذا يعني أن نسبة الطاقة المُستثمرة في المجتمع وجودة الحياة بشكل عام مرتبطان ارتباطًا وثيقًا.

معدل العائد على الاستثمار وفترات استرداد التكاليف لبعض أنواع محطات الطاقة

الجدول التالي عبارة عن تجميع لمصادر الطاقة، مأخوذ من ورقة بحثية نُشرت في عام 2022. [ 39 ]

قيم EROI في توليد الطاقة

ESOEI

يُستخدم ESOEI (أو ESOI e ) عندما تكون EROI أقل من 1. "ESOI e هي نسبة الطاقة الكهربائية المخزنة على مدار عمر جهاز التخزين إلى كمية الطاقة الكهربائية المتضمنة المطلوبة لبناء الجهاز." [ 4 ]

تكنولوجيا التخزينESOEI [ 4 ]
بطارية الرصاص الحمضية5
بطارية الزنك والبروميد9
بطارية الفاناديوم المؤكسدة والمختزلة10
بطارية NAS20
بطارية ليثيوم أيون32
تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ704
تخزين الطاقة بالهواء المضغوط792

كان من أبرز نتائج تقييم فريق جامعة ستانفورد لمشروع ESOI أنه في حال عدم توفر تخزين الطاقة بالضخ، فإن الجمع بين طاقة الرياح وتقنية البطاريات المقترحة عادةً، كما هو الحال الآن، لن يكون مجدياً بما فيه الكفاية، مما يستدعي بدلاً من ذلك تقليص الإنتاج. [ 40 ]

معدل العائد على الاستثمار (EROI) يشهد نمواً سريعاً

ومن المخاوف الحديثة ذات الصلة ظاهرة "استهلاك الطاقة" ، حيث قد يكون نمو تقنيات الطاقة محدودًا إذا ما طُلب الحياد المناخي . فالعديد من تقنيات الطاقة قادرة على استبدال كميات كبيرة من الوقود الأحفوري وما يصاحبه من انبعاثات غازات دفيئة . مع ذلك، لا يزال حجم نظام الطاقة الأحفوري الحالي الهائل، ومعدل النمو اللازم لهذه التقنيات، غير مفهومين تمامًا في ظل القيود التي تفرضها الطاقة الصافية المنتجة لقطاع صناعي متنامٍ. يُعرف هذا القيد التقني بـ"استهلاك الطاقة"، ويشير إلى تأثير ينتج عنه نمو سريع لقطاع إنتاج الطاقة أو كفاءة استخدامها ، مما يخلق حاجة إلى طاقة تستخدم (أو تستهلك) طاقة محطات توليد الطاقة أو مصانع الإنتاج القائمة. [ 41 ]

اليتغلب نظام توليد الطاقة الشمسية على بعض هذه المشكلات. وهو عبارة عن مصنع لإنتاج الألواح الكهروضوئية، يمكن جعله مكتفيًا ذاتيًا من الطاقة باستخدام الطاقة المُستمدة من سطحه وألواحه الخاصة. لا يصبح هذا المصنع مكتفيًا ذاتيًا من الطاقة فحسب، بل يصبح أيضًا مصدرًا رئيسيًا للطاقة الجديدة، ومن هنا جاءت تسميته بنظام توليد الطاقة الشمسية. وقد أجرى مركز هندسة الخلايا الكهروضوئية بجامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا بحثًا حول هذا المفهوم. [ 42 ] [ 43 ] وقد أثبتت الدراسة المذكورة وجود علاقات رياضية معينة لنظام توليد الطاقة الشمسية، تشير إلى إمكانية توفير كمية هائلة من الطاقة الصافية من هذا المصنع لفترة غير محددة. [ 44 ] وكان من المخطط في الأصل إنشاء مصنع معالجة الوحدات الشمسية في فريدريك، ميريلاند [ 45 ] ليكون نظام توليد طاقة شمسية. وفي عام 2009،اقترح المجلس العلمي الياباني مشروع "مولد الطاقة الشمسية الصحراوي" كمشروع تعاون بين اليابان والجزائر ، بهدف طموح للغاية يتمثل في إنشاء قدرة توليد تبلغ مئات الجيجاواط خلال 30 عامًا. [ 46 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ مورفي، دي جيه؛ هول، سي إيه إس (2010). "مراجعة سنوية لعائد الطاقة على الاستثمار (EROI)". حوليات أكاديمية نيويورك للعلوم . 1185 (1): 102-118 . Bibcode : 2010NYASA1185..102M . doi : 10.1111/j.1749-6632.2009.05282.x . PMID 20146764. S2CID 6433639 .  
  2. 1 2 3 4 هول، سي إيه؛ لامبرت، جي جي؛ بالوغ، إس بي (2013). "عائد الطاقة على الاستثمار لأنواع الوقود المختلفة وآثارها على المجتمع" . سياسة الطاقة . 64 : 141-152 . doi : 10.1016/j.enpol.2013.05.049 .
  3. ↑ "لماذا يُعدّ تخزين الطاقة صناعةً مسدودة الطريق - تقرير تخزين الطاقة" . 15 أكتوبر 2014. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 22 أبريل 2016 .
  4. 1 2 3 بارنهارت، تشارلز جيه؛ ديل، مايكل؛ براندت، آدم آر؛ بنسون، سالي إم. (2013). "الآثار الطاقية لتقليص مقابل تخزين الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح" . مجلة علوم الطاقة والبيئة . 6 (10): 2804-2810 . Bibcode : 2013EnEnS...6.2804B . doi : 10.1039/c3ee41973h .
  5. ↑ أطلسون، ر؛ أونثورسون، ر (2014). "العائد الأمثل على الطاقة (EROI) يُعمّق فهم أنظمة الطاقة". الطاقة . 67 : 241-245 . Bibcode : 2014Ene....67..241A . doi : 10.1016/j.energy.2014.01.096 .
  6. ↑ "هل ستتمكن الوقود الأحفوري من الحفاظ على النمو الاقتصادي؟ حوار مع تشارلز هول" . مجلة ساينتفك أمريكان . أبريل 2013.
  7. ↑ مقال في صحيفة نيويورك تايمز يتناول قصة هول، تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 نوفمبر 2009
  8. ↑ "تقرير الخلايا الكهروضوئية" (ملف PDF) . معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية. 28 يوليو 2014. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية في 25 يوليو 2014. تم الاطلاع عليه في 31 أغسطس 2014 .
  9. ↑ ديل، م.؛ وآخرون (2013). " موازنة الطاقة في صناعة الخلايا الكهروضوئية العالمية - هل تُعدّ صناعة الخلايا الكهروضوئية منتجًا صافيًا للكهرباء؟ ". في: العلوم والتكنولوجيا البيئية . 47 (7): 3482-3489 . Bibcode : 2013EnST...47.3482D . doi : 10.1021/es3038824 . PMID 23441588 .  
  10. ↑ بهانداري وآخرون (2015). " فترة استرداد الطاقة (EPBT) وعائد الطاقة على الطاقة المستثمرة (EROI) لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: مراجعة منهجية وتحليل تجميعي ". في: مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 47 : 133-141 . Bibcode : 2015RSERv..47..133B . doi : 10.1016/j.rser.2015.02.057 . 
  11. ↑ معهد فراونهوفر (2022)، تقرير الخلايا الكهروضوئية ، صفحة 37، https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf
  12. ↑ "كثافة الطاقة، وعائد الطاقة على الاستثمار، وفترات استرداد الطاقة لمحطات توليد الكهرباء" (ملف PDF) . Festkoerper-kernphysik.de . تاريخ الاطلاع: 26 يوليو 2022 .
  13. ↑ "تحليل شامل لعائد الطاقة الصافي لأنظمة طاقة الرياح" . Researchgate.net .
  14. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 21-10-2020 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 20-10-2020 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  15. ↑ أطلسون، آر إس؛ أنثورسون، آر. (2014-06-01). "العائد الطاقي على الاستثمار في توليد الطاقة الكهرومائية محسوبًا باستخدام منهجية موحدة" . الطاقة المتجددة . 66 : 364-370 . Bibcode : 2014REne...66..364A . doi : 10.1016/j.renene.2013.12.029 . ISSN 0960-1481 . تاريخ الاسترجاع: 2024-02-27 . 
  16. ↑ براندت، أ. ر.؛ إنجلاندر، ج.؛ بهارادواج، س. (2013). "كفاءة الطاقة في استخراج الرمال النفطية: نسب عائد الطاقة من 1970 إلى 2010". الطاقة . 55 : 693-702 . Bibcode : 2013Ene....55..693B . doi : 10.1016/j.energy.2013.03.080 .
  17. 1 2 "تقييم العائد الطاقي على الاستثمار في الصخر الزيتي" . مناصرو الموارد الغربية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-04-2020 .
  18. ↑ ديلانوي، لويس؛ لونغاريتي، بيير-إيف؛ مورفي، ديفيد جيه؛ برادوس، إيمانويل (ديسمبر 2021). "ذروة إنتاج النفط والانتقال إلى الطاقة منخفضة الكربون: منظور الطاقة الصافية" . الطاقة التطبيقية . 304 117843. Bibcode : 2021ApEn..30417843D . doi : 10.1016/j.apenergy.2021.117843 . S2CID 240530798 . 
  19. ↑ ديلانوي، لويس؛ لونغاريتي، بيير-إيف؛ مورفي، ديفيد جيه؛ برادوس، إيمانويل (يناير 2021). "تقييم العائد على الطاقة المستثمرة طويل الأجل للغاز على مستوى العالم: منظور الطاقة الصافية في تحول الطاقة" . مجلة Energies . 14 (16): 5112. Bibcode : 2021Energ..14.5112D . doi : 10.3390/en14165112 .
  20. ↑ مورفي، ديفيد جيه؛ راوجي، ماركو؛ كارباخاليس-ديل، مايكل؛ روبيو إسترادا، بريندا (2022). "العائد الطاقي على الاستثمار في ناقلات الطاقة الرئيسية: مراجعة وتنسيق" . الاستدامة . 14 (12): 7098. Bibcode : 2022Sust...14.7098M . doi : 10.3390/su14127098 .
  21. ↑ "عائد الطاقة على الاستثمار - الرابطة النووية العالمية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-02-2024 .
  22. 1 2 فيروني، فيروتشيو؛ هوبكيرك، روبرت ج. (2016). "عائد الطاقة على الطاقة المستثمرة (ERoEI) لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المناطق ذات الإشعاع الشمسي المعتدل" . سياسة الطاقة . 94 : 336-344 . Bibcode : 2016EnPol..94..336F . doi : 10.1016/j.enpol.2016.03.034 .
  23. 1 2 فيرلي، بيتر (30 أغسطس 2012). "الجدل حول قيمة الطاقة الشمسية يتركز في إسبانيا: يختلف المحللون حول ما إذا كانت الطاقة المُستعادة من الطاقة الشمسية تُعادل الطاقة المُستثمرة" . مجلة IEEE Spectrum: أخبار التكنولوجيا والهندسة والعلوم . 49 (9): 13. Bibcode : 2012IEEES..49i..13F . doi : 10.1109/MSPEC.2012.6281116 .
  24. 1 2 بيكارد، ويليام ف. (2014). "عائد الطاقة على الطاقة المستثمرة (EROI): مقياس أساسي ولكنه قد يكون غير كافٍ للاستدامة في عالم يعتمد على الطاقة الشمسية؟ [ وجهة نظر ] " . وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 102 (8): 1118-1122 . doi : 10.1109/JPROC.2014.2332092 .
  25. ↑ "العائد الحقيقي على الاستثمار في أنظمة الخلايا الكهروضوئية: رأي البروفيسور هول" . مجلة ريزيليانس . 27 مايو 2016.
  26. ↑ هول، تشارلز (26-05-2016). "العائد الحقيقي على الاستثمار في أنظمة الخلايا الكهروضوئية: رأي البروفيسور هول" . إرث كاساندرا . أوجو باردي.
  27. ↑ ماركو راوجي؛ بير فولانا-إي-بالمر؛ فاسيليس فثيناكيس (مارس 2012). "العائد الطاقي على الاستثمار في الطاقة (EROI) للخلايا الكهروضوئية: المنهجية والمقارنات مع دورات حياة الوقود الأحفوري" (ملف PDF) . مختبر بروكهافن الوطني . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 8 مارس 2016.
  28. ^ إيبون جالاراجا، م. جونزاليس إيجوينو، أنيل ماركانديا (1 يناير 2011). دليل الطاقة المستدامة . إدوارد الجار للنشر. ص. 37. ردمك  978-0857936387تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مايو 2017 – عبر كتب جوجل.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  29. ↑ هومر-ديكسون، توماس (2007). الجانب المشرق من الكارثة: الكارثة والإبداع وتجديد الحضارة . دار نشر آيلاند. ISBN 978-1-59726-630-7.
  30. ↑ تاينتر، جوزيف (1990). انهيار المجتمعات المعقدة . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0521386739.
  31. ↑ مورغان، تيم (2013). الحياة بعد النمو . بيترسفيلد، المملكة المتحدة: دار هاريمان. ISBN 9780857193391.
  32. ↑ أرامينديا، إيمانويل؛ بروكواي، بول إي؛ تايلور، بيتر جي؛ نورمان، جوناثان بي؛ هيون، ماثيو كيه؛ مارشال، زيك (2024). "تقدير العائدات الطاقية للاستثمار في الوقود الأحفوري في مرحلة الاستخدام وآثارها على أنظمة الطاقة المتجددة". مجلة نيتشر للطاقة . 9 (7): 803-816 . Bibcode : 2024NatEn...9..803A . doi : 10.1038/s41560-024-01518-6 .
  33. ↑ ماسون إنمان. ما وراء الأرقام المتعلقة بعائد الاستثمار في الطاقة . مجلة ساينتفك أمريكان ، 1 أبريل 2013. أرشيف
  34. ↑ ريتشاردز، مايكل؛ هول، تشارلز (2014). "هل يؤثر تغير سعر الوقود على نمو الناتج المحلي الإجمالي؟ دراسة لبيانات الولايات المتحدة من 1950 إلى 2013" . مجلة Energies . 7 (10): 6558-6570 . doi : 10.3390/en7106558 .
  35. ↑ ريتشاردز، بكالوريوس العلوم؛ وات، ماجستير الهندسة (2006). "دحض خرافة الطاقة الشمسية الكهروضوئية نهائيًا من خلال اعتماد مؤشر جديد للطاقة الصافية" (ملف PDF) . مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 11 : 162-172 . doi : 10.1016/j.rser.2004.09.015 .
  36. ↑ هول، سي. أ.، لامبرت، ج. ج.، بالوغ، س. ب. 2013. نسبة الطاقة المُستَخدَمة في الطاقة المُستَخدَمة في الاستثمار لأنواع الوقود المختلفة وآثارها على المجتمع. سياسة الطاقة. 141-152
  37. ↑ لامبرت جي جي، هول سي إيه، بالوغ إس، غوبتا إيه، أرنولد إم. 2014. الطاقة، وعائد الطاقة على الاستثمار، وجودة الحياة. سياسة الطاقة.
  38. ↑ لامبرت، جي جي، وهال، سي إيه، وبالوغ، إس، وغوبتا، إيه، وأرنولد، إم. 2014. الطاقة، وعائد الطاقة على الاستثمار، وجودة الحياة. سياسة الطاقة. 153-167. وأرفيسن، إيه، وهيرتويتش، إي جي. 2014. يلزم توخي المزيد من الحذر عند استخدام تقييم دورة الحياة لتحديد عائد الطاقة على الاستثمار. سياسة الطاقة. 1-6
  39. ↑ مورفي، ديفيد جيه؛ راوجي، ماركو؛ كارباخاليس-ديل، مايكل؛ روبيو إسترادا، بريندا (2022). "العائد الطاقي على الاستثمار في ناقلات الطاقة الرئيسية: مراجعة وتنسيق" . الاستدامة . 14 (12): 7098. Bibcode : 2022Sust...14.7098M . doi : 10.3390/su14127098 .
  40. ↑ تقرير، تخزين الطاقة (15 أكتوبر 2014). "لماذا يُعدّ تخزين الطاقة صناعةً مسدودة الأفق؟" . تقرير تخزين الطاقة . مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 22 أبريل 2016 .
  41. ↑ بيرس، جيه إم (2008). "محدودية تقنيات الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري نتيجة النمو السريع واستهلاك الطاقة" . كليما. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 أغسطس 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أبريل 2011 .
  42. ↑ "مشروع السمت: مولد الطاقة الشمسية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-05-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-04-2011 .
  43. ↑ ليندماير، جوزيف (1978). المولد الشمسي . وقائع مؤتمر الطاقة الشمسية الكهروضوئية، لوكسمبورغ، 27-30 سبتمبر 1977. دوردريخت: دار نشر دي. ريدل. الصفحات 825-835 . رمز Bibcode : 1978pvse.conf..825L . ISBN  9027708894. OCLC 222058767 . 
  44. ↑ ليندماير، جوزيف (1977). المولد الشمسي . ناسا.
  45. ↑ "جولة في منشأة بي بي سولاركس في فريدريك، ماريلاند" . التعاونية المستدامة للتنمية العضوية. 29 مارس 2010. تاريخ الاطلاع: 28 فبراير 2013 .
  46. ↑ كوينوما، هـ.؛ كانازاوا، إ.؛ كاراكي، هـ.؛ كيتازاوا، ك. (26 مارس/آذار 2009). خطة محطة توليد الطاقة الشمسية في الصحراء الكبرى موجهة نحو طريق عالمي فائق للطاقة النظيفة . اجتماع أكاديميات مجموعة الثماني + 5 في روما. المجلس العلمي الياباني.
  • World-Nuclear.org مؤرشف بتاريخ 15-02-2013 في Wayback Machine ، دراسة الرابطة النووية العالمية حول EROI مع الافتراضات المدرجة.
  • Web.archive.org ، أرشيف Wayback لموقع OilAnalytics.org، "معدل العائد على الاستثمار كمقياس لتوافر الطاقة"
  • EOearth.org ، العائد الطاقي على الاستثمار (EROI)
  • EOearth.org ، تحليل الطاقة الصافية
  • H2-pv.us ، مقال عن أوجه التآزر بين سلالات الخلايا الهجينة H2-PV