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世界のエネルギー供給と消費とは、エネルギー資源の世界的な供給と消費を指します。世界的なエネルギー供給システムは、エネルギーの開発、精製、および貿易から成ります。エネルギー供給は、未加工の資源や、より加工・精製された形態のエネルギーなど、さまざまな形で存在します。未加工のエネルギー資源には、例えば石炭、未加工の石油とガス、ウランなどがあります。これに対し、精製された形態のエネルギーには、例えば燃料として、または発電に使用できる精製石油などがあります。エネルギー資源は、特定の資源（例えば石炭）や意図された最終用途（産業用、住宅用など）に応じて、さまざまな方法で使用できます。エネルギーの生産と消費は、世界経済において重要な役割を果たしています。エネルギーは、産業や世界の輸送に必要とされています。生産から最終消費までのエネルギーサプライチェーン全体には、有用なエネルギーの損失を引き起こす多くの活動が含まれています。[ 3 ]
総エネルギー消費量は年間約1～2%増加する傾向がある。[ 4 ] 2022年現在、エネルギー消費量の80%は化石燃料に由来する。[ 5 ]近年、再生可能エネルギーは急速に成長しており、2010年代には年間平均約20%増加している。[ 6 ] [ 7 ]
エネルギー生産と消費における2つの主要な問題は、温室効果ガスの排出と環境汚染です。世界の年間温室効果ガス排出量は約500億トンですが、[ 8 ] 2021年には360億トンの二酸化炭素がエネルギー使用（ほぼすべて化石燃料由来）の結果でした。[ 9 ]温室効果ガス排出量を削減するための多くのシナリオが想定されており、通常はネットゼロ排出という名前で呼ばれています。
一人当たりのエネルギー消費量と一人当たりのGDPの間には明確な関連性がある。そのため、より豊かで工業化された国は、低所得国と比較して一人当たりのエネルギー消費量が著しく多い。[ 10 ]
湾岸諸国とロシアは、豊富な石油・天然ガス埋蔵量のおかげで、主要なエネルギー輸出国となっている。これらの国々の顧客には、欧州連合や中国などが含まれる。
深刻なエネルギー供給不足は、エネルギー危機と呼ばれる。
一次エネルギーとは、エネルギー生産から直接収集された原材料など、エネルギーが変換や加工される前の、最初に遭遇する形態のエネルギーを指します。
エネルギー生産は通常、以下のように分類されます。
IEAによる一次エネルギー評価は、さまざまな種類のエネルギーの測定を容易にするために、特定のルール[注1 ]に従っています。これらのルールは議論の的となっています。水力タービンや風力タービンを駆動する水や空気の流れのエネルギー、太陽光パネルに電力を供給する太陽光は、発電された電気エネルギーに設定される一次エネルギーとして扱われません。しかし、化石エネルギーと原子力エネルギーは、電気エネルギーの約3倍である反応熱に設定されます。この測定の違いにより、再生可能エネルギーの経済的貢献が過小評価される可能性があります。[ 13 ]
Enerdataは「総エネルギー/生産量：石炭、石油、ガス、バイオマス、熱、電力」および「再生可能エネルギー/ 電力生産量の割合：再生可能エネルギー、非再生可能エネルギー」のデータを表示します。[ 5 ]
この表は、Enerdataのデータに基づき、2021年の世界の石油換算量（PE）と、その大半（76%）を生産した国々を示しています。数値は四捨五入され、年間石油換算百万トン（1 Mtoe = 11.63 TWh（41.9ペタジュール）、1 TWh = 10 9 kWh）と 総量に対する割合で示されています。再生可能エネルギーは、バイオマス、熱、および電力生産における再生可能エネルギーの割合（水力、風力、太陽光）の合計です。原子力は、電力生産における非再生可能エネルギーの割合です。上記で述べた、原子力および化石エネルギーと比較した水力、風力、太陽光エネルギーの過小評価は、Enerdataにも当てはまります。
2021年の世界の総エネルギー生産量は14,800 MToeで、これは年間172 PWh強、または約19.6 TWの発電量に相当する。
エネルギー資源は、最終消費に適した状態にするために加工する必要がある。例えば、採掘された石炭や油田から産出された天然ガスには、発電所で燃焼させるのに適さない様々な不純物が含まれている可能性がある。
一次エネルギーは、二次エネルギーとも呼ばれるエネルギーキャリアにさまざまな方法で変換されます。[ 16 ]
発電機は、火力発電所では蒸気タービンまたはガスタービン、水力発電所では水力タービン、風力発電所では通常風力タービンによって駆動されます。1954年の太陽電池の発明により、パワーインバーターに接続されたソーラーパネルによる発電が始まりました。2000年頃のパネルの大量生産により、これが経済的に実現可能になりました。
一次エネルギーと変換エネルギーの多くは国間で取引されています。表には、2021年の輸出と輸入の差が大きい国がMtoeで示されています。負の値は、経済のために多くのエネルギー輸入が必要であることを示しています。[ 15 ]ロシアのガス輸出は2022年に大幅に減少しました。 [ 17 ]アジアへのパイプラインとLNG輸出能力は、もはやヨーロッパに送られていないガスよりもはるかに少ないためです。[ 18 ]
エネルギーキャリアの輸送は、タンカー船、タンクローリー、LNGタンカー、鉄道貨物輸送、パイプライン、および送電によって行われる。
総エネルギー供給量（TES）は、生産量と輸入量の合計から輸出量と貯蔵量の変化を差し引いたものです。[ 20 ]世界全体では、輸入と輸出が相殺されるため、TESは一次エネルギー（PE）とほぼ等しくなりますが、国によっては、TESとPEは量的にも質的にも異なります。これは、石油精製製品の輸入など、二次エネルギーが関係しているためです。TESは、最終消費者にエネルギーを供給するために必要なすべてのエネルギーです。
表には、2021年とTESの履歴の両方でTESとPEが大きく異なるいくつかの国のTESとPEがリストされています。1990年以降のTESの成長の大部分はアジアで発生しました。金額は四捨五入され、Mtoeで示されています。EnerdataはTESを総エネルギー消費量とラベル付けしています。[ 21 ]
世界の一次生産量の 25% は変換と輸送に使用され、6% は潤滑油、アスファルト、石油化学製品などの非エネルギー製品に使用されます。[ 22 ] 2019 年の総エネルギー貯蔵量は 606 EJ で、最終消費量は 418 EJ であり、これは総エネルギー貯蔵量の 69% です。[ 23 ]変換によって失われるエネルギーのほとんどは、火力発電所とエネルギー産業の自家消費で発生します。
エネルギーには様々な種類があります。熱、特に比較的低温の熱は、ランダムな動きをする低品質のエネルギーですが、電気は電線をスムーズに流れる高品質のエネルギーです。1キロワット時の電気を生成するには、約3キロワット時の熱が必要です。しかし、同様に、この高品質の電気1キロワット時を使って、ヒートポンプで建物に数キロワット時の熱を送り込むことができます。熱発電所で発生する有効エネルギーの損失は、例えば送電線の抵抗による損失よりもはるかに大きいことが分かっています。これは、エネルギーの品質の違いによるものです。また、電気は熱では不可能な多くの方法で利用できます。
実際、火力発電所におけるエネルギー損失は、燃料の化学エネルギーを燃焼によって運動エネルギーに変換する効率が低いことに起因します。燃料の化学エネルギー自体が本質的に低品質というわけではありません。例えば、バッテリーにおける化学エネルギーから電気エネルギーへの変換効率はほぼ100%に達します。したがって、火力発電所におけるエネルギー損失は、紛れもない損失なのです。
この違いを説明し、両者を比較する一つの方法は、代替法を用いることである。高品質エネルギーは、それを生産するために必要な低品質エネルギーの量に基づいて測定される。
総最終消費量(TFC) は、世界の最終消費者によるエネルギー消費量です (一方、一次エネルギー消費量 (Eurostat) [ 26 ]または総エネルギー供給量 (IEA) は総エネルギー需要であり、エネルギー部門が使用するエネルギーと変換および配電損失も含まれます)。このエネルギーは、燃料 (78%) と電力 (22%) で構成されています。表には、年間百万トン石油換算 (1 Mtoe = 11.63 TWh) で表される量と、そのうち再生可能エネルギーがどれだけあるかが示されています。非エネルギー製品はここでは考慮されていません。データは 2018 年です。[ 22 ] [ 27 ] 2018 年の世界の TFC の再生可能エネルギーの割合は 18% でした。7% の従来型バイオマス、3.6% の水力発電、7.4% のその他の再生可能エネルギーです。[ 28 ]
2005年から2017年の期間に、世界の最終消費量は石炭が23%、石油とガスが18%、電力が41%増加した。[ 22 ]
燃料には3種類あります。まず、化石燃料として、天然ガス、石油由来の燃料（LPG、ガソリン、灯油、軽油、重油）、または石炭由来の燃料（無煙炭、瀝青炭、コークス、高炉ガス）があります。次に、再生可能燃料（バイオ燃料、廃棄物由来の燃料）があります。そして最後に、地域暖房に使用される燃料があります。
表中の燃料量は、低位発熱量に基づいています。
最初の表は、2018年時点で最も多く消費している国/地域（85％）の最終消費量と一人当たりの消費量を一覧にしたものです。発展途上国では、一人当たりの燃料消費量が少なく、再生可能エネルギーの割合が高くなっています。[ 29 ]カナダ、ベネズエラ、ブラジルは、水力発電で電力の大部分を賄っています。
次の表は、ヨーロッパで最も消費量が多い国（85％）を示しています。
石油プラットフォーム、ウラン同位体分離装置、風力タービンなど、燃料や電力を生産する設備を建設、維持、解体／リサイクルするために、燃料や電力が消費されます。これらの生産者が経済的に成り立つためには、投資エネルギーに対するエネルギー収益率（EROEI）または投資に対するエネルギー収益率（EROI）が十分に大きくなければなりません。
消費のために供給される最終エネルギーが E で、EROI が R に等しい場合、利用可能な正味エネルギーは EE/R です。利用可能なエネルギーの割合は 100-100/R です。R>10 の場合は 90% 以上が利用可能ですが、R=2 の場合は 50% しか利用できず、R=1 の場合はまったく利用できません。この急激な減少は、正味エネルギーの崖として知られています。[ 30 ]
多くの国が、自国、関心のある他国、またはすべての国を合わせたエネルギー供給と消費に関する統計を1つのグラフにまとめて公表している。この分野で最大規模の組織の1つである国際エネルギー機関（IEA）は、包括的なエネルギーデータを毎年販売しており、このデータは有料で、インターネットユーザーがアクセスしにくい。[ 22 ]一方、Enerdataという組織は無料の年鑑を発行しており、データへのアクセスが容易になっている。[ 5 ]正確なエネルギーデータを提供するもう1つの信頼できる組織は、主に米国に関するもので、米国エネルギー情報局である。
COVID-19パンデミックの影響で、2020年には世界的にエネルギー使用量が大幅に減少しましたが、2021年には世界全体のエネルギー需要が回復し、2022年には過去最高を記録しました。[ 31 ]
2022年、世界の消費者はエネルギーに約10兆米ドルを費やし、一人当たり平均1,200米ドル以上となった。これは過去5年間の平均を20%上回っており、世界規模でのエネルギー消費が経済に及ぼす大きな影響と、増大する財政的負担を浮き彫りにしている。[ 32 ]： 13
IEAは「世界エネルギー見通し2023」の中で、「我々は2030年より前にすべての化石燃料のピークを迎える軌道に乗っている」と述べている。[ 33 ]： 18 IEAは3つのシナリオを提示している。[ 33 ]： 17
IEAの「Electricity 2024」レポートでは、2023年の世界の電力需要が2.2%増加し、2026年まで年間3.4%増加すると予測されています。先進国では経済とインフレ圧力により需要が低迷しているにもかかわらず、中国やインドなどの新興国が顕著な貢献をしています。 [ 34 ]このレポートは、データセンター、人工知能、仮想通貨の大きな影響を強調し、2026年までに電力消費量が倍増して1,000 TWhになる可能性があると予測しています。これは日本の現在の使用量に匹敵します。 [ 34 ]特に、追加需要の85%は中国とインドから発生すると予想されており、インドの需要だけでも経済拡大とエアコン使用の増加により、2026年まで年間6%以上増加すると予測されています。[ 34 ]
東南アジアの電力需要も2026年まで年間5%ずつ増加すると予測されている。米国では2023年に減少が見られたが、今後数年間はデータセンターを中心に緩やかな増加が見込まれる。また、報告書では、今後3年間は低排出源からの発電量が急増し、世界の需要増加に対応できると予測しており、再生可能エネルギー源は2025年初頭までに石炭を上回ると予測されている。[ 34 ]
パリ協定で設定された気候変動抑制目標の達成は困難である。[ 35 ] パリ協定の気候目標達成に向けた様々なシナリオが策定されており、IEAのデータに基づき、今世紀半ばまでに再生可能エネルギーをほぼ100%導入することや、植林などの対策が提案されている。これらのシナリオでは、原子力発電と二酸化炭素回収は除外されている。[ 36 ]研究者らは、そのコストは、気候変動の原因となっている化石燃料産業への政府による年間5兆ドルの補助金よりもはるかに少ないと述べている。[ 36 ] : ix
+2.0℃（地球温暖化）シナリオでは、2040年の一次エネルギー総需要は450 EJ = 10,755 Mtoe、+1.5℃シナリオでは400 EJ = 9,560 Mtoeとなり、いずれも現在の生産量を大きく下回る。再生可能エネルギー源は、2040年には+2.0℃シナリオで300 EJ、 +1.5℃シナリオで330 EJまでシェアを拡大できる。2050年には、再生可能エネルギーがエネルギー需要のほぼ全てを賄えるようになる。非エネルギー消費には、依然として化石燃料が含まれる。[ 36 ]： xxvii 図5
代替シナリオでは、世界の電力発電における再生可能エネルギー源の割合は2040年までに88%、2050年までに100%に達すると予測されている。「新規」再生可能エネルギー（主に風力、太陽光、地熱エネルギー）は、総発電量の83%を占めることになる。[ 36 ]： xxiv 水素や合成燃料を生産するための追加発電所や既存発電所の交換費用を含め、2015年から2050年までの平均年間投資額は約1兆4000億ドルとなる見込みである。[ 36 ]： 182
国内航空から鉄道へ、そして道路から鉄道への転換が必要である。OECD諸国では2020年以降、乗用車の利用は減少する（ただし、発展途上国地域では増加する）。乗用車の利用減少は、公共交通機関である鉄道とバスシステムの大幅な増加によって部分的に補われるだろう。[ 36 ]： xxii 図4
CO2排出量は、 2015年の32Gtから2040年には7Gt（+2.0シナリオ）または2.7Gt（+1.5シナリオ）に削減され、2050年にはゼロになる可能性がある。[ 36 ]： xxviii
世界のエネルギー消費量は増加し続けているが、年間平均1～2%程度と、増加ペースは鈍化しているようだ。
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