エネルギーシステム

エネルギーシステムとは、主にエンドユーザーにエネルギーサービスを提供するために設計されたシステムです。^[1]^{: 941}エネルギーシステムの目的は、エネルギー損失を無視できるレベルまで最小限に抑え、エネルギーの効率的な使用を確保することです。^[2] IPCC第5次評価報告書では、エネルギーシステムを「エネルギーの生産、変換、供給、使用に関連するすべての要素」と定義しています。^[3]^{: 1261}

最初の2つの定義では、採光、建物の断熱改修、パッシブソーラービル設計などの需要側の対策や、エネルギー需要管理やリモートワークなどの社会経済的要因が考慮されていますが、3番目の定義では考慮されていません。また、多くの発展途上国で重要な伝統的バイオマスの非公式経済も考慮されていません。^[4]

エネルギーシステムの分析は、工学と経済学の分野にまたがっています。^[5]^{: 1}両分野のアイデアを統合して一貫した記述を形成することは、特にマクロ経済のダイナミクスが関係する場合、困難です。^[6]^[7]

エネルギーシステムの概念は、排出量取引、スマートグリッドの開発、エネルギー需要管理の拡大など、新たな規制、技術、慣行が導入されるにつれて進化しています。

処理

構造的な観点から見ると、エネルギーシステムは他のシステムと同様、環境内に配置された相互作用する一連の構成要素から構成されています。^[8]これらの構成要素は、工学と経済学に見られるアイデアから派生しています。プロセスの観点から見ると、エネルギーシステムは「複雑な社会的枠組みの中で機能する技術活動と経済活動の統合されたセットで構成されています」。^[5]^{: 423}エネルギーシステムの構成要素と動作の特定は、状況、分析の目的、調査中の質問によって異なります。したがって、エネルギーシステムの概念は、適切なエネルギーモデルの構築と使用など、何らかのコンピューターベースの調査に先立つ抽象概念です。^[9]

工学的に見ると、エネルギーシステムはフローネットワークとして表現できます。頂点は発電所やパイプラインなどの工学コンポーネントにマッピングされ、エッジはこれらのコンポーネント間のインターフェイスにマッピングされます。このアプローチにより、類似または隣接するコンポーネントのコレクションを集約して1つとして扱うことができ、モデルを簡素化できます。このように記述すると、最小コストフローなどのフローネットワークアルゴリズムを適用できます。^[10]コンポーネント自体は、それ自体が単純な動的システムとして扱うことができます。 ^[1]

経済モデリング

逆に、比較的純粋な経済モデリングでは、工学的詳細が限定されたセクター別アプローチを採用する場合があります。国際エネルギー機関が発行するセクターとサブセクターのカテゴリは、この分析の基礎としてよく使用されます。2009年の英国住宅エネルギー部門の研究では、テクノロジーを駆使したMarkalモデルと英国のいくつかのセクター別住宅ストックモデルの使用を比較しています。 ^[11]

データ

国際エネルギー統計は通常、キャリア、セクターとサブセクター、国別に分類されます。^[12] エネルギーキャリア（別名エネルギー製品）は、一次エネルギー、二次（または中間）エネルギー、場合によっては最終（または最終使用）エネルギーにさらに分類されます。公開されたエネルギーデータセットは通常、内部的に一貫性を保つように調整されており、すべてのエネルギーストックとフローが均衡している必要があります。IEAは、さまざまなレベルの詳細とコストでエネルギー統計とエネルギーバランスを定期的に公開し、このデータに基づく中期予測も提供しています。^[13]^[14]エネルギー経済学で使用されるエネルギーキャリアの概念は、物理学で使用されるエネルギーの定義とは異なります。

スコープ

エネルギーシステムの範囲は、調査対象の問題に応じて、地方、市町村、国家、地域から地球規模まで多岐にわたります。研究者は、エネルギーシステムの定義に需要側の対策を含める場合と含めない場合があります。たとえば、気候変動に関する政府間パネル(IPCC) は、需要側の対策を含めていますが、これらの対策は交通、建物、産業、農業に関する別の章で取り上げています。^[a]^[3]^{: 1261}^[15]^{: 516}

家庭の消費と投資の決定もエネルギーシステムの範囲内に含まれる可能性がある。消費者行動は特徴づけが難しいため、このような考慮は一般的ではないが、モデルに人的要因を含める傾向にある。家庭の意思決定は、限定合理性やエージェントベース行動の手法を使用して表現できる。^[16]アメリカ科学振興協会（AAAS）は特に、「価格や所得主導の行動以外の行動上の考慮を[エネルギーシステムの]経済モデルに組み込むことにもっと注意を払うべきだ」と主張している。^[17]^{: 6}

エネルギーサービス

エネルギーサービスの概念は、特にエネルギーシステムの目的を定義するときに中心となります。

エネルギーの使用はそれ自体が目的ではなく、常に人間のニーズと欲求を満たすために行われていることを認識することが重要です。エネルギーサービスは、エネルギーシステムが手段を提供する目的です。^[1]^：941

エネルギーサービスとは、エネルギー消費によって提供される、あるいはエネルギー消費によって提供されるはずだったアメニティとして定義することができます。^[18]^{: 2}より明確に言えば、

需要は、可能であれば、適切な強度^[b]で特徴付けられるエネルギーサービス提供の観点から定義されるべきである。たとえば、暖房の場合は気温、照度の場合はルクスレベルである。このアプローチは、エネルギー的に受動的な技術の使用（たとえば、後付けの断熱材や採光）を含む、供給の問題に対する潜在的な対応の選択肢を大幅に増やす。^[19]^{: 156}

一人当たりのエネルギーサービスと、そのようなサービスが人間の福祉と個人の生活の質にどのように貢献するかを考慮することは、持続可能なエネルギーに関する議論にとって最も重要です。エネルギーサービスの消費レベルが低い貧しい地域に住む人々は、消費を増やすことで明らかに利益を得ますが、消費レベルが高い人々にとっては必ずしも同じことが当てはまりません。^[20]

エネルギーサービスという概念は、長期間にわたって顧客にエネルギーサービスを提供する契約を結ぶエネルギーサービス会社（ESCo）を生み出しました。ESCoは、対象となる建物の熱性能やHVAC機器への投資を含め、最適な手段を自由に選択できます。 ^[21]

国際基準

ISO  13600 、ISO 13601、および ISO 13602 は、技術エネルギーシステム (TES) を対象とする一連の国際規格です。 ^[22]^[23]^[24]^[25] 2016 年より前に撤回されましたが、これらの文書は、このようなシステムを正式化するための有用な定義とフレームワークを提供します。これらの規格は、取引可能なエネルギー商品 (またはエネルギーウェア) の流れによってリンクされた、需要部門と供給部門に細分化されたエネルギーシステムを描写しています。各部門には、意図的なものもあれば有害な副産物もある、一連の入力と出力があります。部門はさらにサブ部門に分割され、それぞれが専用の目的を果たします。需要部門は、最終的にはエネルギーウェアベースのサービスを消費者に提供するために存在します (エネルギーサービスを参照)。