エネルギー共食い

エネルギー共食いとは、特定のエネルギー生産産業の急速な成長により、既存の発電所のエネルギーを使用する（または共食いする）エネルギーの必要性が生じる現象を指します。したがって、急速な成長の間、そのエネルギーは将来の発電所のエネルギー源として使用されるので、産業全体としては新しいエネルギーは生産されません。

「排出ゼロ」の発電所がエネルギー供給の温室効果ガス排出量に正味のマイナスの影響を与えるためには、発電所が直接的に排出する温室効果ガス（原子力発電所の建設に使用されるコンクリートなど）と、発電所建設のために発電される電力（原子力発電所の建設中に発電に石炭が使用される場合など）の両方を相殺するのに十分な排出ゼロの電力を生産する必要があります。これは、「排出ゼロ」技術の急速な成長中には困難になる可能性があります。なぜなら、新しい「排出ゼロ」技術の建設に電力を供給するためだけに、古い技術の発電所を追加で建設する必要がある場合があるからです。

まず、特定のタイプのすべての個別の発電所を単一の集合プラントまたは集合体として見ることができ、その成長に伴って排出量を軽減する能力を観察できます。この能力は、まずプラントのエネルギー回収時間に依存します。総設置容量(GW) の集合プラントは、次の電力を生産します。${\displaystyle C_{T}}$

電力（時間/年）は発電所がフル稼働している時間の割合、は個々の発電所の容量、は発電所の総数です。エネルギー産業が（1/年単位、例えば10%成長=0.1/年）の割合で成長すると仮定すると、追加容量は（GW/年）の割合で生産されます。 ${\displaystyle t}$${\displaystyle C_{n}}$${\displaystyle N}$${\displaystyle r}$

1年後には、生産される電力は

個々の発電所がそのライフサイクルにわたって必要とするエネルギーの費用を回収するのにかかる時間、つまりエネルギー回収時間は、投資される主なエネルギー (ライフサイクル全体にわたって)を年間に生産されるエネルギー (または節約される化石燃料エネルギー) で割って求められます。したがって、ある発電所タイプのエネルギー回収時間が (年単位) である場合、発電所全体の持続的な成長に必要なエネルギー投資率は、共食いエネルギー で求められます。 ${\displaystyle E_{P}}$${\displaystyle E_{ann}}$${\displaystyle E_{P}/E_{ann}}$${\displaystyle E_{できる}}$

共食いエネルギーが生産される総エネルギーと等しい場合、発電所全体は正味エネルギーを生産しない。したがって、式（1）を（4）に等しく設定すると、次の結果が得られる。

簡単な代数計算をすると、次のように単純化されます。

したがって、成長率を 1 で割った値がエネルギー回収時間に等しい場合、集合型エネルギープラントは成長が鈍化するまで 正味エネルギーを生成しません。

この分析はエネルギーに関するものですが、温室効果ガス排出量についても同じ分析が当てはまります 。発電所に供給するために排出される主な温室効果ガス排出量を毎年の排出量相殺で割った値が、損益分岐点に達するには、電力タイプの成長率を 1 で割った値に等しくなければなりません。

たとえば、エネルギー回収期間が 5 年で、容量増加率が 20% の場合、成長期間中の成長への唯一の電力入力が化石燃料であれば、正味エネルギーは生成されず、温室効果ガスの排出は相殺されません。

記事「温室効果ガス緩和技術としての原子力エネルギー展開に対する熱力学的制限」では、原子力産業の必要成長率 r は 10.5% と計算されました。この成長率は、同じ記事でエネルギーのライフサイクル分析から計算された米国の原子力産業のエネルギー回収例による 10% の制限と非常に似ています。

これらの結果は、米国の原子力産業が効率を改善しない限り、追加の原子炉の導入によって温室効果ガスの排出を削減することを目的としたいかなるエネルギー政策も効果がないことを示しています。

原子力発電所に投入されるエネルギーの一部はコンクリートの製造に使われますが、この製造には原子力発電所からの電力はほとんど消費されません。

原子力発電所と同様に、水力発電ダムは大量のコンクリートで建設されるため、かなりのCO2排出量が発生します_が、電力消費はわずかです。^[1]水力発電所の寿命が長いため、他のほとんどの発電所よりも長い期間、プラスの電力比率に貢献します。^[2]

太陽光発電の環境への影響について、発電システムのエネルギー回収期間は、システムの生産中に消費されたのと同じ量のエネルギーを生成するのに必要な時間です。2000年にはPVシステムのエネルギー回収期間は8～11年と推定されていました^[3]。 2006年には結晶シリコンPVシステムでは1.5～3.5年^[4]、薄膜技術（南ヨーロッパ）では1～1.5年と推定されました。^[4]同様に、エネルギー投資収益率（EROI）も考慮する必要があります。^[5]

風力発電の場合、エネルギー回収期間は約1年です。^[6]