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エネルギー効率とは、製品やサービスを提供するために必要なエネルギー量を削減するプロセスです。従来のシステムよりもエネルギー効率の高い技術や方法は数多く存在します。例えば、建物を断熱することで、快適な温度を維持しながら暖房や冷房に必要なエネルギーを削減できます。レフ・レヴィッチが提唱した別の方法は、高エネルギー消費と非効率的なエネルギー利用を助長するエネルギー補助金を廃止することです。 [ 1 ]建物、産業プロセス、輸送におけるエネルギー効率の向上により、 2050年には世界のエネルギー需要を3分の1削減できる可能性があります。[ 2 ]
エネルギー効率を向上させる主な動機は2つあります。まず、機器やプロセスの運用中にコスト削減を実現することです。しかし、エネルギー効率の高い技術を導入するには、初期費用、つまり設備投資費用がかかります。これらの様々な費用は、ライフサイクルアセスメントによって分析・比較することができます。エネルギー効率向上のもう一つの動機は、温室効果ガスの排出量を削減し、気候変動対策に貢献することです。エネルギー効率の向上は、他国からのエネルギー輸入量を削減できるため、 国家安全保障上のメリットにもつながります。
エネルギー効率と再生可能エネルギーは、持続可能なエネルギー政策において密接に関係している。[ 3 ]これらはエネルギー階層における優先度の高い行動である。
エネルギー生産性とは、投入エネルギー単位当たりの財・サービスの産出量と質を測定するものであり、何かを生産するために必要なエネルギー量を削減するか、同じエネルギー量で財・サービスの量や質を向上させることによって達成される。
エネルギー消費者の視点から見ると、エネルギー効率の主な動機は、エネルギー購入コストを下げることでお金を節約することであることが多い。さらに、エネルギー政策の観点から見ると、エネルギー効率を「第一の燃料」、つまり実際の燃料の消費を代替または回避する能力として広く認識する傾向が長く続いている。実際、国際エネルギー機関は、 1974年から2010年の間にエネルギー効率対策を適用した結果、加盟国におけるエネルギー消費量の削減は、化石燃料（石油、石炭、天然ガスなど）を含む特定の燃料の消費量を上回ると試算している。[ 4 ]
さらに、エネルギー効率の向上は、エネルギー消費量の削減に加えて、他の利点をもたらすことが以前から認識されている。[ 5 ]これらの他の利点は、しばしば多重利点、共同利点、付随的利点、または非エネルギー利点と呼ばれ、その価値の推定値の中には、直接的なエネルギー利点よりも高いものもある。[ 6 ]
エネルギー効率化によるこれらの複数のメリットには、温室効果ガス排出量の削減、大気汚染の削減と健康の改善、エネルギー安全保障の向上などが含まれます。これらの複数のメリットの金銭的価値を計算する方法が開発されており、例えば、美観や快適性などの主観的な要素を含む改善のための選択実験法[ 4 ]や、価格リスクの削減のためのTuominen-Seppänen法[ 7 ] [ 8 ]などがあります。分析に含めると、エネルギー効率化投資の経済的メリットは、単に節約されたエネルギーの価値よりもはるかに高いことが示されます[ 4 ] 。
エネルギー効率は、必ずしもエネルギー消費量を増やすことなく経済を構築するための費用対効果の高い戦略であることが証明されています。たとえば、カリフォルニア州は1970年代半ばに、厳格な効率要件を含む建築基準や家電製品の基準など、エネルギー効率対策を実施し始めました。その後数年間、カリフォルニア州のエネルギー消費量は一人当たりでほぼ横ばいでしたが、米国の全国的な消費量は2倍になりました。[ 9 ]戦略の一環として、カリフォルニア州は新しいエネルギー資源の「負荷順序」を実施し、エネルギー効率を最優先、再生可能電力供給を2番目、新しい化石燃料火力発電所を最後にしています。[ 10 ]コネチカット州やニューヨーク州などの州は、住宅や商業ビルの所有者が排出量を削減し、消費者のエネルギーコストを削減するエネルギー効率改善のための資金調達を支援するために、準公的グリーンバンクを設立しました。 [ 11 ]
エネルギー節約は、エネルギー効率よりも広義であり、エネルギーをより効率的に使用することに加えて、行動の変化などを通じてエネルギー消費を削減するための積極的な取り組みも含まれます。効率改善を伴わない節約の例としては、冬に部屋を暖めるのを控える、車の使用を控える、乾燥機を使わずに洗濯物を自然乾燥させる、コンピューターの省エネモードを有効にするなどが挙げられます。他の定義と同様に、効率的なエネルギー使用とエネルギー節約の境界は曖昧な場合がありますが、どちらも環境面と経済面の両方で重要です。[ 12 ]
エネルギー効率（同じ商品やサービスを提供するために使用するエネルギーを減らすこと、またはより少ない商品で同等のサービスを提供すること）は、多くの持続可能なエネルギー戦略の要です。[ 13 ] [ 14 ]国際エネルギー機関（IEA）は、エネルギー効率を高めることで、パリ協定の目標達成に必要な温室効果ガス排出量削減の40%を達成できると推定しています。[ 15 ]エネルギーは、家電製品、車両、工業プロセス、建物の技術効率を高めることによって節約できます。[ 16 ]
エネルギーサービスの需要が一定であれば、エネルギー効率を改善すればエネルギー消費量と炭素排出量は減少する。しかし、多くの効率改善は、単純な工学モデルで予測されるほどエネルギー消費量を削減しない。これは、エネルギーサービスが安くなるため、そのサービスの消費量が増加するからである。例えば、燃費の良い車は移動費用を安くするため、消費者はより遠くまで運転することを選択する可能性があり、それによって潜在的なエネルギー節約の一部が相殺される。同様に、技術効率改善に関する広範な歴史的分析では、エネルギー効率の改善はほぼ常に経済成長に追いつかず、結果として資源利用とそれに伴う汚染が純増することが決定的に示されている。[ 17 ]これらは直接的なリバウンド効果の例である。[ 18 ]
リバウンド効果の大きさの推定値は、およそ 5% から 40% の範囲です。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]リバウンド効果は、家庭レベルでは 30% 未満である可能性が高く、輸送では 10% に近い可能性があります。[ 18 ] 30% のリバウンド効果は、エネルギー効率の改善によって、工学モデルを使用して予測されたエネルギー消費量の削減の 70% を達成する必要があることを意味します。
冷凍庫、オーブン、コンロ、食器洗い機、洗濯機、乾燥機などの最新の家電製品は、古い家電製品よりも大幅に少ないエネルギーで動作します。たとえば、現在のエネルギー効率の高い冷蔵庫は、2001 年の従来モデルよりも 40% 少ないエネルギーで動作します。このことから、ヨーロッパのすべての家庭が 10 年以上前の家電製品を新しいものに交換した場合、年間 200 億 kWh の電力が節約され、CO 2排出量が約 180 億 kg 削減されます。[ 22 ]米国では、対応する数値は 170 億 kWh の電力と27,000,000,000 lb (1.2 × 10 10 kg) CO 2になります。[ 23 ]マッキンゼー・アンド・カンパニーの 2009 年の調査によると、古い家電製品の交換は、温室効果ガスの排出量を削減するための最も効率的な世界的な対策の 1 つです。[ 24 ]最新の電力管理システムは、一定時間経過後に待機中の機器の電源を切ったり、低エネルギーモードにしたりすることで、エネルギー消費量を削減します。多くの国では、エネルギー入力ラベルを使用してエネルギー効率の高い機器を識別しています。[ 25 ]
エネルギー効率がピーク需要に与える影響は、機器の使用時間帯によって異なります。例えば、エアコンは暑い午後に多くのエネルギーを消費します。そのため、エネルギー効率の高いエアコンは、オフピーク需要よりもピーク需要に大きな影響を与えます。一方、エネルギー効率の高い食器洗い機は、人々が食器を洗う夜遅くに多くのエネルギーを消費します。この機器は、ピーク需要にほとんど、あるいは全く影響を与えない可能性があります。
2001年から2021年にかけて、テクノロジー企業は電気回路の従来のシリコンスイッチをより高速な窒化ガリウムトランジスタに置き換え、新しいガジェットのエネルギー効率を可能な限り高めてきました。しかし、窒化ガリウムトランジスタはより高価です。これは、二酸化炭素排出量を削減する上で大きな変化です。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]
建物の立地と周辺環境は、温度と照明の調整に重要な役割を果たします。たとえば、樹木、植栽、丘陵地は日陰を作り、風を遮ることができます。寒冷な気候では、北半球の建物は南向きの窓、南半球の建物は北向きの窓を設計することで、建物に入る太陽光（最終的には熱エネルギー）の量を増やし、パッシブソーラー暖房を最大化することでエネルギー消費を最小限に抑えることができます。エネルギー効率の高い窓、気密性の高いドア、壁、地下室のスラブ、基礎の断熱材の追加など、気密性の高い建物設計により、熱損失を25～50パーセント削減できます。[ 25 ] [ 31 ]
暗い色の屋根は、最も反射率の高い白い表面よりも最大 39 °C (70 °F) 高温になることがあります。暗い色の屋根は、この余分な熱の一部を建物内部に伝達します。米国の研究では、明るい色の屋根は、暗い色の屋根の建物よりも冷房に必要なエネルギーが 40% 少ないことが示されています。白い屋根システムは、日照時間の長い気候ではより多くのエネルギーを節約できます。高度な電子式冷暖房システムは、エネルギー消費を抑制し、建物内の人々の快適性を向上させることができます。[ 25 ]
窓や天窓を適切に配置し、建物内に光を反射する建築的特徴を用いることで、人工照明の必要性を減らすことができます。自然光や作業照明の使用を増やすことで、学校やオフィスでの生産性が向上することが、ある研究で示されています。[ 25 ]コンパクト蛍光灯は、白熱電球に比べてエネルギー消費量が3分の2少なく、寿命は6～10倍長くなる可能性があります。最新の蛍光灯は自然な光を発し、初期費用は高いものの、ほとんどの用途で費用対効果が高く、回収期間はわずか数ヶ月です。LEDランプは、白熱電球の約10%のエネルギーしか消費しません。
LEED（Leadership in Energy and Environmental Design ）は、米国グリーンビルディング協会（USGBC）が建築設計における環境責任を促進するために組織した評価システムです。現在、既存建築物（LEED-EBOM）と新築建築物（LEED-NC）に対して、持続可能な敷地、水効率、エネルギーと大気、材料と資源、室内環境品質、設計の革新性という基準への適合性に基づいて、4つのレベルの認証を提供しています。[ 32 ] 2013年、USGBCはLEEDダイナミックプレートを開発しました。これは、LEED指標に対する建物のパフォーマンスを追跡し、再認証への潜在的な道筋を示すツールです。翌年、同協会はハネウェルと協力して、BASからエネルギーと水の使用量、および室内空気質に関するデータを取得し、プレートを自動的に更新して、パフォーマンスをほぼリアルタイムで表示できるようにしました。ワシントンDCのUSGBCオフィスは、ライブ更新型のLEEDダイナミックプレートを採用した最初の建物の1つです。[ 33 ]
産業界は、多様な製造プロセスや資源採掘プロセスを支えるために、膨大な量のエネルギーを消費しています。多くの産業プロセスでは大量の熱と機械動力が必要となり、そのほとんどは天然ガス、石油燃料、電力として供給されています。さらに、一部の産業では、廃棄物から燃料を生成し、それを追加のエネルギー源として利用しています。
産業プロセスは非常に多様であるため、産業界におけるエネルギー効率化の可能性をすべて網羅的に説明することは不可能です。その多くは、各産業施設で使用されている特定の技術やプロセスに依存します。しかしながら、多くの産業で広く利用されているプロセスやエネルギーサービスも数多く存在します。
さまざまな産業では、自社の施設内で使用するために蒸気と電気を生成しています。電気を生成する際には、副産物として発生する熱を回収して、プロセス蒸気、暖房、またはその他の産業用途に使用できます。従来の発電の効率は約30%ですが、熱電併給（コージェネレーションとも呼ばれる）では、燃料の最大90%が使用可能なエネルギーに変換されます。[ 34 ]
先進的なボイラーや炉は、より少ない燃料でより高い温度で運転できます。これらの技術はより効率的で、汚染物質の排出量も少なくなります。[ 34 ]
米国の製造業者が使用する燃料の45%以上は蒸気を作るために燃焼されています。一般的な工業施設では、蒸気と凝縮水の戻りラインを断熱し、蒸気の漏れを止め、スチームトラップを維持することで、このエネルギー使用量を20%削減できます（米国エネルギー省による）。 [ 34 ]
電気モーターは通常一定速度で回転しますが、可変速駆動装置を使用すると、モーターのエネルギー出力を必要な負荷に合わせることができます。これにより、モーターの使用方法に応じて 3 ～ 60 パーセントのエネルギー節約が実現します。超伝導材料で作られたモーターコイルもエネルギー損失を低減できます。[ 34 ]モーターは電圧最適化からも恩恵を受ける可能性があります。[ 35 ] [ 36 ]
産業界では、さまざまな形状やサイズのポンプやコンプレッサーが、さまざまな用途で多数使用されています。ポンプやコンプレッサーの効率は多くの要因に依存しますが、多くの場合、プロセス制御の改善やメンテナンス方法の改善によって効率を向上させることができます。コンプレッサーは、サンドブラスト、塗装、その他の電動工具に使用される圧縮空気を供給するために一般的に使用されています。米国エネルギー省によると、可変速ドライブを設置して圧縮空気システムを最適化し、空気漏れを検出して修理するための予防保全を行うことで、エネルギー効率を20～50パーセント向上させることができます。[ 34 ]
自動車の推定エネルギー効率は 280 乗員マイル/10 6 Btu です。[ 38 ]車両のエネルギー効率を高める方法はいくつかあります。空気抵抗を最小限に抑えるために空力性能を向上させると、車両の燃費が向上します。車両の重量を減らすことも燃費を向上させるため、複合材料は車体に広く使用されています。
タイヤと路面の摩擦と転がり抵抗が低減された、より高度なタイヤはガソリンを節約できます。タイヤの空気圧を適正に保つことで、燃費を最大 3.3% 向上させることができます。[ 39 ]エアフィルターの目詰まりを交換すると、古い車両では車の燃費が最大 10% 向上する可能性があります。[ 40 ]燃料噴射式でコンピューター制御のエンジンを搭載した新しい車両 (1980 年代以降) では、エアフィルターの目詰まりは mpg に影響しませんが、交換すると加速が 6～11% 向上する可能性があります。[ 41 ]空力も車両の効率に役立ちます。車の設計は、空気中を移動するために必要なガソリンの量に影響します。空力は車の周囲の空気に関係しており、消費されるエネルギーの効率に影響を与える可能性があります。[ 42 ]
ターボチャージャーは、排気量の小さいエンジンでも燃費を向上させることができる。「2011年のエンジン・オブ・ザ・イヤー」は、MHIターボチャージャーを搭載したフィアット・ツインエア・エンジンである。「1.2リッター8バルブエンジンと比較して、新しい85馬力ターボは出力が23%向上し、性能指数は30%向上している。2気筒エンジンの性能は1.4リッター16バルブエンジンと同等であるだけでなく、燃費は30%低い。」[ 43 ]
エネルギー効率の高い車両は、平均的な自動車の2倍の燃費効率を達成できる可能性があります。ディーゼルエンジンのメルセデス・ベンツ バイオニックコンセプトカーなどの最先端の設計では、 1ガロンあたり84マイル（2.8 L/100 km、101 mpg - imp ）という高い燃費効率を達成しており、これは現在の従来の自動車の平均の4倍です。[ 44 ]
自動車の効率性における主流のトレンドは、電気自動車（完全電気自動車またはハイブリッド電気自動車）の台頭です。電気モーターは、内燃機関の2倍以上の効率を持っています。トヨタ プリウスのようなハイブリッド車は、回生ブレーキを使用して、通常の車では散逸するエネルギーを回収します。この効果は、特に市街地走行で顕著です。[ 45 ]プラグインハイブリッド車はバッテリー容量も増加しており、ガソリンを燃焼させずに限られた距離を走行することが可能です。この場合、エネルギー効率は、発電プロセス（石炭燃焼、水力発電、再生可能エネルギー源など）によって決まります。プラグイン車は通常、充電なしで約40マイル（64km ）を電気のみで走行できます。バッテリー残量が少なくなると、ガソリンエンジンが作動して航続距離を延長します。最後に、完全電気自動車の人気も高まっています。
世界中の都市では、何百万もの道路が3億個のライトで照らされています。[ 46 ]一部の都市では、オフピーク時にライトを暗くしたり、LEDランプに切り替えたりすることで、街路灯の電力消費を削減しようとしています。 [ 47 ] LEDランプは、エネルギー消費を50%から80%削減することが知られています。[ 48 ] [ 49 ]
航空機の改良や航空交通管制を通じて、航空におけるエネルギー利用効率を向上させる方法はいくつかあります。航空機は、空力性能、エンジン、重量の改善によって性能が向上します。座席密度や貨物積載率も効率向上に貢献します。
航空交通管理システムは、離陸、着陸、衝突回避の自動化を可能にするだけでなく、空港内では、空調や照明といった単純なものから、セキュリティやスキャンといったより複雑なものまで、あらゆる業務の自動化を可能にする。
2023年の国連気候変動会議では、123か国が署名した「世界の再生可能エネルギーとエネルギー効率に関する誓約」が採択された。この宣言には、エネルギー効率を「第一の燃料」とみなし、エネルギー効率の向上率を2030年までに年間2%から4%に倍増させる義務が含まれている。[ 50 ]中国とインドはこの誓約に署名しなかった。[ 51 ]
国際規格ISO 17743およびISO 17742は、国や都市のエネルギー節約とエネルギー効率を計算し報告するための文書化された方法論を提供します。[ 52 ] [ 53 ]
EU 全体のエネルギー効率目標が初めて設定されたのは 1998 年です。加盟国は、12 年間で毎年 1% ずつエネルギー効率を向上させることに合意しました。さらに、製品、産業、輸送、建物に関する法規制が、一般的なエネルギー効率の枠組みに貢献しています。暖房と冷房への取り組みには、より多くの努力が必要です。ヨーロッパでは、発電時に無駄になる熱量が、大陸のすべての建物を暖房するのに必要な熱量よりも多いのです。[ 54 ]全体として、EU のエネルギー効率法規制は、2020 年までに年間最大 3 億 2600 万トンの石油に相当する節約効果をもたらすと推定されています。[ 55 ]
EUは1990年比で2020年までに20%のエネルギー削減目標を設定しましたが、エネルギー削減の達成方法は加盟国が個別に決定します。2014年10月のEU首脳会議で、EU加盟国は2030年までに27%以上の新たなエネルギー効率目標に合意しました。27%の目標達成に用いられるメカニズムの一つが「供給者義務とホワイト証明書」です。[ 56 ] 2016年のクリーンエネルギーパッケージに関する現在進行中の議論でもエネルギー効率が重視されていますが、目標はおそらく1990年比で30%以上の効率向上にとどまるでしょう。[ 55 ] 1990年比で温室効果ガス排出量を40%削減するというパリ協定の目標をEUが達成するには、これだけでは不十分だと主張する人もいます。
欧州連合では、2023年に企業の78%が省エネルギー方法を提案し、67%がエネルギー契約の再交渉を戦略として挙げ、62%がエネルギー市場の動向に対処する計画としてコストを消費者に転嫁すると述べた。[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]大企業はエネルギー効率、グリーンイノベーション、気候変動に投資する可能性が高いことがわかったが、中小企業や中堅企業によるエネルギー効率投資の大幅な増加が報告されている。[ 60 ]
エネルギー効率はドイツのエネルギー政策の中心である。[ 61 ] 2015年末時点で、国家政策には以下の効率および消費目標（2014年の実績値を含む）が含まれている。[ 62 ] : 4
効率改善に向けた進歩は着実に進んでいる。[ 63 ]しかし、エネルギー効率はドイツのエネルギー転換（またはEnergiewende ） への貢献という点で、まだ十分に認識されていないと考える人もいる。[ 64 ]
運輸部門における最終エネルギー消費量の削減努力は成功しておらず、2005年から2014年の間に1.7%増加した。この増加は、道路旅客輸送と道路貨物輸送の両方によるものである。両部門とも総走行距離を伸ばし、ドイツ史上最高の数値を記録した。車両効率の向上と走行距離の間、および車両効率の向上と車両重量およびエンジン出力の増加の間において、リバウンド効果が重要な役割を果たした。[ 65 ]： 12
2014年、ドイツ連邦政府はエネルギー効率に関する国家行動計画（NAPE）を発表しました。[ 66 ] [ 67 ] 対象分野は、建物のエネルギー効率、企業の省エネルギー、消費者のエネルギー効率、輸送のエネルギー効率です。NAPEの中心的な短期対策には、エネルギー効率に関する競争入札の導入、建物の改修のための資金の増加、建築部門の効率化対策に対する税制優遇措置の導入、企業や産業界との連携によるエネルギー効率ネットワークの構築などが含まれます。
2016年、ドイツ政府はエネルギー効率に関するグリーンペーパーを公表し、国民の意見を募った（ドイツ語）。[ 68 ] [ 69 ]この文書は、今後数十年にわたってドイツにおけるエネルギー消費を削減するために必要な潜在的な課題と対策を概説している。文書の発表に際し、経済・エネルギー大臣のジグマール・ガブリエル氏は「節約したエネルギーを生産、貯蔵、送電、そして支払う必要はない」と述べた。[ 68 ]グリーンペーパーは、エネルギーの効率的な利用を「第一の」対応として優先し、暖房や輸送に再生可能エネルギーを利用するなど、セクターカップリングの機会についても概説している。 [ 68 ]その他の提案には、ガソリン価格の下落に応じて上昇する柔軟なエネルギー税があり、これにより原油価格が低い場合でも燃料節約を促すことができる。[ 70 ]
スペインでは、5棟のうち4棟の建物が本来よりも多くのエネルギーを消費している。断熱が不十分であるか、エネルギーの消費効率が悪いかのいずれかである。[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]
スペインとポルトガルで事業を展開するUnión de Créditos Immobiliarios (UCI) は、エネルギー効率化イニシアチブのために住宅所有者やビル管理グループへの融資を増やしています。同社の住宅エネルギー改修イニシアチブは、マドリード、バルセロナ、バレンシア、セビリアの少なくとも3720戸の住宅を改修し、再生可能エネルギーの利用を促進することを目的としています。この事業により、2025年までに約4650万ユーロのエネルギー効率化改修費用が動員され、約8.1 GWhのエネルギーが節約されると見込まれています。また、年間7,545トンの二酸化炭素排出量を削減できる可能性があります。[ 74 ] [ 75 ] [ 73 ]
2016年5月、ポーランドはエネルギー効率に関する新法を採択し、 2016年10月1日に施行された。 [ 76 ]
2009年7月、オーストラリアの各州および準州を代表するオーストラリア政府評議会は、エネルギー効率に関する国家戦略（NSEE）に合意した。 [ 77 ]これは、エネルギー効率の高い慣行の全国的な導入を加速し、低炭素社会への国の変革に備えるための10年間の計画である。この戦略を統括する包括的な合意は、エネルギー効率に関する国家パートナーシップ協定である。[ 78 ]
2017年8月、カナダ政府は、カナダの国家気候戦略である「クリーン成長と気候変動に関する全カナダ枠組み」の主要な推進力として、「Build Smart - Canada's Buildings Strategy」を発表しました。 [ 79 ]
2011年のエネルギーモデリングフォーラムの米国を対象とした調査では、エネルギー効率化の機会が今後数十年にわたって将来の燃料と電力の需要をどのように形成するかが検討されました。米国経済はすでにエネルギーと炭素強度を下げる方向に向かっていますが、気候目標を達成するには明確な政策が必要になります。これらの政策には、炭素税、より効率的な家電製品、建物、車両に関する義務的な基準、新しいよりエネルギー効率の高い機器の初期費用に対する補助金または減額などが含まれます。[ 80 ]
プログラムと組織：
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