Energy in Future
 
Dr.-Ing. Dieter Bokelmann

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説明

プライマリー・エナジー・ワールド 2018

2018年の世界の主要エネルギー生産量は168693 TWh(Primenw)でした。その目的は、石炭、石油、ガスの使用を合計136641 TWhに再生可能エネルギーで置き換えることを目的としています。原子力、水力、風力、太陽光、地熱、その他の再生可能エネルギー源によって発生するバイオマスと電力は考慮されていません。

 

使用の種類、効率変換、有用なエネルギーによる一次エネルギーの世界

一次エネルギーから有用なエネルギーへの変換効率は、2018年のサンキーダイアグラムエネルギー消費量USA(USEn2018)を使用して導き出され、テーブルEffi1を作成し、このテーブルPrimINOUTの上に構築しました。米国は消費パターンの点で世界平均と必ずしも一致するとは限りませんが、この研究の精度はデータ不足のためにも関係ありません。表Effi 1では、5つの効率値が図から直接導出された。他の用途では、平均37.34%が計算され、総効率31.83%97.7クワッドINPUTエネルギーと「エネルギーサービス」に対するチャートUSEn2018右側の値と同一になるようにしました。136641 TWhの一次エネルギーは、31.83%43492 TWhの有用なエネルギーの効率で使用されます。再生可能エネルギーは考慮されておらず、さらなる調査には重要なエラーではありません。

 

4世代タイプの太陽光/直接発電、太陽光/人工燃料、風力/直接電力、税金を除く風力/人工燃料純額のKwHあたりのコストの計算。

ベースのサイズ (テーブルでは Twh で置き換えられる一次エネルギーが単純化されます) は、すべてが 3 段階の計算であるため、コスト/kWh には無関係です。同様に、ベースは100,000 TWh.B可能性があります。4+2(1500kWh/kWPxyearの代わりに減放射線による2つの特殊なケースドイツ太陽は1100 kWh / kWPxyear)参照してください。投資費用の返済に対して20年間の年金ローンが受け付けられます(テーブルCredit20J)。さらに18)基づいて、修理のための24.6%の追加料金、メンテナンス、エネルギー輸送またはネットワークの建設のための112%またはブルー原油や水素などの人工燃料への変換を考慮に入れていました。バイオ燃料は考慮されません。最後に、税引き前投資の収益性に対する10%の割増金が考慮されました。これらの4+2の表では、州税の追加料金はありません。決定された価格は正味値です。kWh当たりのコストは、次の値に上昇しています。

 

0.099 €/ kWh風直流(テーブルウィンデルウ)

  

0.126 €/ kWh太陽直流(テーブルSolELW)0.172 / kWh、ソーラーダイレクトカレントドイツ(減放射線、テーブルソルレルド)

 

0.165 €/ kWh 風変換燃料 (テーブルウィンドFW)

 

0.211€/ kWh 太陽変換燃料 (タブ.ソルフ)0.287 /kWhソーラーウム。燃料ドイッチュル。(. エントリ、 タブ。ソルフド)

 

風力の価格は太陽光よりも安く、燃料は変換損失のために太陽光または風力(想定損失約40%)に関連して直接使用よりも論理的に高いです。4つの表はまたTWhのエネルギーごとの%表面世界の面積条件太陽および風力装置を含んでいる。太陽光発電の種類については、ドイツのコストは実質年間生産量の減少に基づいて計算されました。これは当然、太陽直下電力0.172/kWh(テーブルSolELD)と太陽変換燃料0.287/kWh(テーブルSolFD)のコストが高くなります。.

 

一次エネルギー石炭、石油、ガスの出力に基づく4つの太陽光/風力代替手段による必要なエネルギー生成を決定するための効率要因

Effi2 は、必要な有用エネルギーを太陽光と風力によって供給される電力量に変換するための変換係数の変換係数を示しています。これは、直流(1因子76-100)として、または変換された燃料として使用するための するためのものであり(使用モードに応じて直接電流を燃料に変換するための乗算係数160)を用いるためのものである。

 

必要な効率を考慮して、極端なケース100%の生産モードの各々の計算エリアおよび総コストの純額

領域と総コストの4つのテーブルワールド

4つの表(SolELSolFWindELWindF)では、太陽風と直流変換燃料のペアを組み合わせることで、必要な電力量が100%生成され、4つの可能性の1つが発生することが想定されています。年間生産コストは、正味と必要な表面世界(南極を除く陸地に基づく)と計算されます。

グラフと評価

Dia4Alt を参照してください。4つの可能な変形のそれぞれによって想定される特別なケース100%の発電のために、変種の直接流れの年間生産コストは、バリアント燃料変換よりも大幅に安価である。直接電気の場合、太陽光の景観消費が良い選択肢です。燃料変換バリアントの生産コストは、景観消費と同様に大幅に高くなっています。可能であれば、燃料は風力で変換されるべきではありませんが、年間の生産コストは太陽光よりも低いです。したがって、特殊なケース100%太陽直接電力は最良の代替手段であろう。しかし、1つの組み合わせだけが技術的に実現可能であるため、太陽光直接電力、風力直接電力、太陽燃料(風力よりも高価であるが)、そして風力燃料の注文は最後の手段と考えるべきである。

 

エネルギーミックスの世界の考えられる例、税金とスペース要件を除くコスト純

このシナリオには、50%の太陽光と50%の風力が提示され、それぞれ30%の直接電力と20%の燃料変換が行われます。景観消費は、フレームワーク内の北極のない2.19%の風景世界です(PossExaW)

 

エネルギーミックスドイツの考えられる例、 税金と地域の要件を除く純コスト

4つのシナリオが検討されました。

シナリオ 1 (FinTaxD) では、すべての一次エネルギーが太陽光発電と風力発電で生成されます。2018年以降、100%の一次エネルギーの太陽エネルギーのシェアは1.3%、風力エネルギーの3%19%であり、シナリオでは太陽エネルギーのシェアは35%、風力エネルギーのシェアは65%と見積もられました。太陽エネルギーと風力では、100%の合計の10%が燃料に変換されます。残念ながら、必要な地域は1.2(オフショア)でドイツ地域の12.33%であるため、シナリオは実現不可能です。せいぜい、3%が実現することができ(?)、残りの電力や燃料を輸入する必要がありますが、これはシナリオの世界の面で技術的に可能であろう。南極のない面積の世界の0.31%を占めるドイツの比較的小さな土地面積に関連して、一次エネルギー世界に対する一次エネルギードイツの割合は小さいが、土地面積に比べて高い(要因7)

シナリオ2(FinTaxDEL)では、再生可能エネルギーによってすべての電気エネルギーのみが生成されると仮定した。ここでは、必要な土地面積は2.39%であり、これは非常に実現可能であろう。

シナリオ 3 (FinTaxDEL+TRANS) では、シナリオ 2 に加えて、再生可能エネルギーによる輸送エネルギーが生成されます。必要な土地面積は、ほとんど実現不可能な5.45%に上昇します。

 シナリオ 4 (FINTAXD2) は、シナリオ 2 に対応し、太陽光と風力への投資が倍増しています。同時に、年間約5,000万トンの水素を技術サポートと供給する契約は、ますます適切な国と締結されています。このように、ドイツのCO2フリーの一次エネルギー生産は、約30~35年で達成できる。

ドイツの場合税収が同じであることを保証するために必要な税率の金額

発電の純コストはすでに説明されています。しかし、税金なしでは不可能です。100%の自己生成を持つドイツのシナリオが実現不可能であっても、2017年と同じ税収を受け取るためにエネルギーコストに対する税率がどれだけ高くなければならないかのために利息が計算されました。これは不必要な必要性です。税率は、432億の税収だけでなく、kWhと燃料のリットルのための結果として得られるエネルギー価格を受け取るためにFinTaxDテーブルにあります。4つのエネルギー源に対する税率は、コスト/kWhISにほぼ対応し、民間消費者は0.30/kWh、業界では0.10/kWhが選択されます(もちろん、異なる選択が可能です)

ドイツに基づく税収が世界で同じになるように必要な税率の金額

世界のシナリオでは、ドイツの税収は2017(3)の基礎として採用され、結果はテーブルFinTaxWを参照してください。採用した税率は自由に選択されます。エネルギーと燃料に対する世界の税率は大きく異なります。それは行き過ぎるだろうし、また、個々の国に対処するためにおこがましいだろう。ドイツでは、これは、合計が知られているので、可能であり、それとは別に、税率はすでに比較的高いです。

 

20年の期間に実施する場合、太陽+風の年間建物の容量は、実際と評価と比較して必要です

[サマリー データ] テーブルでは、GW で必要な容量ビルドが、シナリオを満たすために、現在の容量のビルドと毎年比較されます。また、GWの必要な合計容量と既存の容量と比較して。結局、目標の達成、化石燃料の使用の100%回避のために年数が計算されました。結果は不十分です。これらは、世界のための 323 年であり、シナリオドイツ シナリオ 1 では 291 年です (シナリオ 2 では 71 年、シナリオ 3 では 122 年は、高いスペース要件のために実現不可能)

もう一度、変種100%交換化石ドイツは、12.33%の比較的大きな必要な領域のために、世界の残りの部分から独立してアクセスできないというヒント。そのほとんどは、直接電気を輸入するか、他の国で発電した電力によって生成された燃料を輸入することによって生成されなければなりません。

この計算には、まず、既存の太陽光および風力機器を今後20年で交換する必要があるという事実も含まれています。第二に、灰色エネルギーは、設備の建設において生成される、すなわち原則として、プラントは約2025年の走行時間の約10%後にのみCO2ニュートラル電力を生産する(しかし、約18-23年の間、約CO2中性を生産する)。どちらもここでは考慮されませんが、単に計算に考慮する必要があります。しかし、これは今後数年間の改善と新しい開発のためのいくつかの可能性とは対照的です。

 

改善の可能性

とりわけ

1. 太陽光と風力のための土地の同時使用。

2. 太陽光の効率向上多層ウエハーを介して、または多線照射または他の開発を介して。原則として、太陽光発電は太陽熱エネルギーと結合することもできます。

3. 風の効率を向上させる。

4. 電力貯蔵システムの新しい開発、 e.B. 環境に優しい大型蓄電池システムと電気自動車やガソリンスタンドで長距離バッテリートレーラーのための標準サイズの自動交換可能なバッテリーパック。

5. 水素、ブルー原油等のグリーン燃料で運転できるCCガスタービン(複合型蒸気タービンと組み合わせた蒸気タービン)の開発これらは、緑色の燃料を使用して夜間の突風の時に発電するためにも使用されます。

6. 国境を越えた効率的なエネルギー交換、より良いまだ大陸の国境(e.B. アフリカからヨーロッパへの)(e..Bドイツへのエネルギー輸出)

7. 民間および商業輸送活動の削減再考、信念と燃料価格を通じてプライベート。より多くのローカル生産を通じて商業目標。

人口増加の逆転

9. 過去の消費者行動の変化

10. 長生き可能なリサイクル品質の製品の生産。品質の悪い安価な製品の回避。

11. 森林の森林再生

下の図は、カーボンフリーエネルギー調達の実装が20年後にどのようなものになるのか、単純なタイムラインを示しています。化石燃料油、石炭、ガスはゼロに減らされるだろう。既存のエネルギー源バイオマスと既存の再生可能電力生産はそのまま残ります(最終的には、太陽光、風力などによって容量が増えた場合、原子力発電をゼロに減らすことができます)。再生可能太陽と風の4つの選択肢の株式は、0から計算された値に引き上げられます。一次エネルギーの量は、特に直接電力の割合が大幅に効率的であるため、ゼロ年よりも低くなっています

再生可能エネルギーに対する現在の年間投資措置の必要な強化要因は問題であり、シートデータはコンパクトに見える。20年後に世界をCO2フリーエネルギー生産に切り替える要因は16です。年間2,9,320億ユーロ(=109億ユーロ)を投資する必要があり、コストと土地利用の面で達成する必要があります。しかし、世界のシナリオでは、太陽光と風力の生産能力を16倍に増やすことができるかどうかは疑問です。合理的な時間内に目標を達成するためには、少なくとも原子力電力供給の停止である一時的な投資を受け入れ、目標の達成を増やすとともに後で解体される。

この期間の実施は、一方ですべての国がそれに参加するものではなく、一方で再生可能エネルギーへの投資の年間増加(要因152019)を達成することは困難であるため、残念ながら可能性は低いです(しかし、技術的には不可能ではありません)。しかし、実際には、年間投資は大幅に増加する必要があります。

ドイツは、電力生産の少なくとも100%を再生可能エネルギーに切り替え、同時に残りの一次エネルギーを水素の形で輸入することに集中しなければならない。大量のグリーン水素を生産するのに適した土地が少なすぎます。今日の視点から見ると、これは約5000万トンの水素/年の輸入を意味します。ドイツが太陽光と風力への年間投資を倍増し、適切な国からこれらの量のグリーン水素を輸入することに成功した場合(技術支援を受けて)、ドイツは30-35(1世代)CO2フリーになるはずです。

30~35(1世代)のドイツはCO2フリーになる。下の図は、30-35年後に目標を達成するために、ロケーションドイツのための唯一の可能な有意義な開発を示しています。