効率的なエネルギー利用

効率的なエネルギー使用、またはエネルギー効率は、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が数多くあります。たとえば、建物を断熱すると、快適な温度を維持しながら、暖房と冷房のエネルギー使用量を削減できます。別の方法としては、エネルギーの大量消費と非効率的なエネルギー使用を促進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が3分の1削減される可能性があります。^[2]

エネルギー効率を改善する主な動機は 2 つあります。まず、機器やプロセスの運用中にコストを節約することです。ただし、エネルギー効率の高い技術を導入するには、初期費用、つまり資本コストがかかります。さまざまな種類のコストは、ライフサイクル アセスメントで分析および比較できます。エネルギー効率を向上させるもう 1 つの動機は、温室効果ガスの排出を削減し、気候変動対策に取り組むことです。エネルギー効率に重点を置くと、他国から輸入しなければならないエネルギーの量を減らすことができるため、 国家安全保障上のメリットもあります。

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と密接に関係しています。^{[3]これらは}エネルギーの優先順位において優先度の高い行動です。

エネルギー生産性は、エネルギー投入単位あたりの商品やサービスの産出量と品質を測定し、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、同じ量のエネルギーから商品やサービスの量または品質を増やすかのいずれかから得られます。

エネルギー消費者の観点から見ると、エネルギー効率化の主な動機は、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は、エネルギー効率化が「第一の燃料」として広く認識される傾向が長く続いており、これは実際の燃料の消費を代替または回避する能力を意味する。実際、国際エネルギー機関は、1974年から2010年にかけてエネルギー効率化対策を適用した結果、加盟国におけるエネルギー消費が化石燃料（石油、石炭、天然ガスなど）を含む特定の燃料の消費よりも多く回避されたと計算している。^[4]

さらに、エネルギー効率化はエネルギー消費の削減に加えて他の利益をもたらすことが長い間認識されてきました。^[5]これらの他の利益（しばしば多重利益、共益、補助的利益、または非エネルギー利益と呼ばれる）の価値に関するいくつかの推定では、それらの合計価値は直接的なエネルギー利益よりもさらに高いとされています。^[6]

エネルギー効率化によるこれらの多様な利点には、温室効果ガス排出量の削減、大気汚染の削減、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。これらの多様な利点の金銭的価値を計算する方法が開発されており、例えば、主観的要素（美観や快適性など）を含む改善のための選択実験法^[4]や価格リスク削減のためのトゥオミネン・セッパネン法^{[7]などがあります。 [8]}分析に含めると、エネルギー効率化投資の経済的利点は、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、厳格な効率要件を伴う建築基準や機器基準を含む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一人当たりのエネルギー消費量はほぼ横ばいでしたが、米国全体の消費量は倍増しました。^[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「積載順序」を実施し、エネルギー効率を最優先し、再生可能電力供給を2番目に、新しい化石燃料発電所を最後としました。^[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の向上に資金を提供できるように、準公的グリーンバンクを設立しました。^[11]

省エネはエネルギー効率よりも範囲が広く、エネルギーをより効率的に使用することに加えて、例えば行動の変化を通じてエネルギー消費を減らす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省エネの例としては、冬に部屋の暖房を減らす、車の使用を減らす、乾燥機を使わずに衣類を自然乾燥させる、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省エネの境界はあいまいですが、どちらも環境面と経済面では重要です。^[12]

エネルギー効率（同じ商品やサービスを提供するのに少ないエネルギーを使用する、または同等のサービスを少ない商品で提供する）は、多くの持続可能なエネルギー戦略の基礎となる。^{[13] [14]}国際エネルギー機関（IEA）は、エネルギー効率の向上により、パリ協定の目標を達成するために必要な温室効果ガス排出削減の40％を達成できると推定している。^[15]家電製品、車両、産業プロセス、建物の技術的効率を高めることで、エネルギーを節約できる。^[16]

エネルギーサービスの需要が一定であれば、エネルギー効率の改善はエネルギー消費と炭素排出量を削減します。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を削減しません。これは、効率改善によってエネルギーサービスが安くなり、それらのサービスの消費が増加するためです。たとえば、燃費の良い車は旅行を安くするため、消費者はより遠くまで運転することを選択し、それによって潜在的なエネルギー節約の一部を相殺する可能性があります。同様に、技術効率改善の広範な歴史的分析は、エネルギー効率改善がほぼ常に経済成長を上回り、結果として資源使用とそれに伴う汚染の純増加をもたらしたことを決定的に示しています。^{[17]これらは直接的な}リバウンド効果の例です。^[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％未満になる可能性があり、輸送レベ​​ルでは10％に近づく可能性があります。^[18]リバウンド効果が30％であるということは、エネルギー効率の改善により、エンジニアリング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％が達成されるはずであることを意味します。

冷凍庫、オーブン、ストーブ、食器洗い機、洗濯機、乾燥機などの現代の電化製品は、古い電化製品に比べて大幅に少ないエネルギーを使用します。たとえば、現在の省エネ冷蔵庫は、2001年の従来モデルよりも40パーセント少ないエネルギーを使用します。これに続いて、ヨーロッパのすべての家庭が10年以上前の電化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、CO2排出量が約180億kg削減されます_。 [ ^22]米国では、対応する数字は170億kWhの電力と27,000,000,000ポンド（1.2 × 10 ¹⁰  kg）のCO2_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、古い電化製品の交換は、温室効果ガスの排出を削減するための最も効率的な世界的対策の1つです。^[24]現代の電力管理システムは、一定時間後に使用されていない電化製品の電源をオフにしたり、低エネルギーモードにしたりすることで、電化製品のエネルギー使用量を削減します。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電化製品を識別しています。^[25]

エネルギー効率がピーク需要に与える影響は、機器が使用される時間帯によって異なります。たとえば、エアコンは暑い午後に多くのエネルギーを消費します。したがって、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影響を与えないか、まった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、ハイテク企業は電気回路内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、新しいガジェットを可能な限りエネルギー効率の高いものにしました。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]}

建物の立地と環境は、建物の温度と明るさを調節する上で重要な役割を果たします。たとえば、木々、造園、丘は日陰を作り、風を遮ります。寒冷な気候では、北半球の建物には南向きの窓を、南半球の建物には北向きの窓を設計すると、太陽熱による受動加熱を最大化することで、建物に入る太陽光（最終的には熱エネルギー）の量が増え、エネルギー使用量が最小限に抑えられます。エネルギー効率の高い窓、密閉性の高いドア、壁、地下室のスラブ、基礎の追加断熱など、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℃（70℉）も熱くなることがあります。屋根はこの余分な熱の一部を建物内に伝えます。米国の調査によると、明るい色の屋根は暗い色の屋根の建物よりも冷房のエネルギー消費が40％少ないことがわかっています。白い屋根システムは、日照量の多い気候ではより多くのエネルギーを節約します。高度な電子暖房および冷房システムは、エネルギー消費を抑え、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利用すると、人工照明の必要性を減らすことができます。ある研究では、自然光や作業用照明の利用を増やすと、学校やオフィスの生産性が向上することが示されています。^[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、寿命が6～10倍長い場合があります。新しい蛍光灯は自然光を発し、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、投資回収期間は数か月と短いです。LEDランプは白熱電球に必要なエネルギーの約10%しか使用しません。

LEED（エネルギーと環境デザインにおけるリーダーシップ）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、既存の建物（LEED-EBOM）と新築（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、室内環境の質、設計における革新という基準に準拠した建物の4つのレベルの認証を提供しています。^[32] 2013年に、USGBCはLEEDの指標に照らして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あるLEEDダイナミックプラークを開発しました。翌年、同協会はハネウェルと協力し、エネルギーと水の使用、室内空気質に関するデータをBASから取得してプラークを自動的に更新し、ほぼリアルタイムでパフォーマンスを確認できるようにしました。ワシントンDCのUSGBCオフィスは、ライブ更新のLEEDダイナミックプラークを備えた最初の建物の1つです。^[33]

産業界では、さまざまな製造プロセスや資源抽出プロセスに大量のエネルギーを使用しています。多くの産業プロセスでは大量の熱と機械力が必要であり、そのほとんどは天然ガス、石油燃料、電気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、追加のエネルギーとして使用することができます。

産業プロセスは非常に多様であるため、産業におけるエネルギー効率化の可能性のある多数の機会を説明することは不可能です。多くは、各産業施設で使用されている特定の技術とプロセスに依存します。ただし、多くの産業で広く使用されているプロセスとエネルギー サービスがいくつかあります。

さまざまな産業が、施設内での使用のために蒸気と電気を生産しています。電気が生成される際、副産物として発生する熱を捕捉し、プロセス蒸気、暖房、またはその他の産業目的に使用することができます。従来の発電の効率は約30％ですが、熱電併給発電（コジェネレーションとも呼ばれます）は、燃料の最大90％を使用可能なエネルギーに変換します。^[34]

先進的なボイラーや炉は、より少ない燃料でより高温で稼働することができます。これらの技術はより効率的で、排出される汚染物質もより少なくなります。^[34]

米国の製造業で使用される燃料の45％以上は、蒸気を作るために燃やされています。一般的な産業施設では、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、可変速ドライブではモーターのエネルギー出力を必要な負荷に合わせて調整できます。これにより、モーターの使用方法に応じて3〜60％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減らすことができます。^{[34]モーターは}電圧最適化の恩恵を受けることもあります。^{[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左右されますが、多くの場合、プロセス制御やメンテナンス方法を改善することで改善できます。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よく使用されます。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、予防保守を行って空気漏れを検出して修理することで、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人・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。空気力学を改善して抗力を最小限に抑えると、車両の燃費が向上します。車両重量を減らすことでも燃費が向上するため、複合材料が車体に広く使用されています。

より進化したタイヤは、タイヤと路面の摩擦と転がり抵抗を減らし、ガソリンを節約できます。タイヤを適切な圧力に保つことで、燃費を最大 3.3% 向上させることができます。^[39]詰まったエアフィルターを交換すると、古い車の燃費が最大 10% 向上します。^[40]燃料噴射式のコンピューター制御エンジンを搭載した新しい車 (1980 年代以降) では、詰まったエアフィルターは燃費には影響しませんが、交換すると加速が 6～11% 向上する場合があります。^[41]空気力学も車両の効率を高めます。車のデザインは、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。空気力学は車の周り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を可能にすることで燃費を向上させることができます。「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す。「1.2リッター8vエンジンと比較して、新しい85 HPターボは23％の出力と30％優れたパフォーマンス指数を備えています。2気筒の性能は1.4リッター16vエンジンと同等であるだけでなく、燃料消費量は30％低くなります。」^[43]

エネルギー効率の高い自動車は、平均的な自動車の2倍の燃費を達成する可能性があります。ディーゼル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、現在の従来の自動車の平均の4倍の燃費を達成しています。^[44]

自動車の効率化における主流の傾向は、電気自動車（全電気自動車またはハイブリッド電気自動車）の台頭である。電気エンジンの効率は、内燃機関の2倍以上である。^[要出典]トヨタ プリウスなどのハイブリッド車は、回生ブレーキを使用して、通常の車では消散するエネルギーを回収します。この効果は、市街地走行で特に顕著です。^[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、ガソリンを燃やさ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、電力を生み出すプロセス（石炭燃焼、水力発電、再生可能エネルギーなど）によって決まります。プラグインは通常、充電なしで電気だけで約40マイル（64 km）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ばすことができます。最後に、全電気自動車も人気が高まっており、テスラ モデルSセダンは現在市場に出回っている唯一の高性能全電気自動車です。

世界中の都市では、3億個の電球で何百万もの街路を照らしています。^[46]一部の都市では、オフピーク時に照明を暗くしたり、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]}

航空機や航空交通管理の改良を通じて航空エネルギーの利用を改善する方法はいくつかあります。航空機は、空気力学、エンジン、重量の改善によって改善されます。座席密度と貨物積載率は効率性に貢献します。

航空交通管理システムは、離着陸や衝突回避の自動化を可能にするほか、空港内での HVAC や照明などの単純なものから、セキュリティやスキャンなどのより複雑なタスクまで、さまざまな作業を可能にします。

2023年の国連気候変動会議では、123カ国が署名した「世界再生可能エネルギーとエネルギー効率に関する誓約」が採択された宣言の一つである。この宣言には、エネルギー効率を「第一の燃料」とみなすこと、2030年までにエネルギー効率の増加率を年間2％から年間4％に倍増させることなどが盛り込まれている。^[50] 中国とインドはこの誓約に署名していない。^[51]

国際規格ISO  17743と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全体の最初のエネルギー効率目標は1998年に設定された。加盟国は12年間で年間1パーセントずつエネルギー効率を向上させることに合意した。さらに、製品、産業、輸送、建物に関する法律が、一般的なエネルギー効率の枠組みに貢献している。暖房と冷房に対処するにはさらなる努力が必要である。ヨーロッパでは、発電中に無駄になる熱の量が、大陸のすべての建物を暖めるのに必要な量を超えている。^[54]全体として、EUのエネルギー効率法は、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をもたらすと推定されている。^[55]

EUは2020年までに1990年比で20%の省エネ目標を設定したが、加盟国は省エネの達成方法を個別に決定する。2014年10月のEU首脳会議で、EU諸国は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た。27%の目標を達成するためのメカニズムの1つは、「サプライヤー義務とホワイト証明書」である。^[56] 2016年クリーンエネルギーパッケージをめぐる進行中の議論でもエネルギー効率に重点が置かれているが、目標はおそらく1990年比で30%程度の効率向上にとどまるだろう。^[55]一部の人々は、EUが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達成するにはこれでは不十分だと主張している。

欧州連合では、企業の78％が2023年に省エネ方法を提案し、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ための計画として消費者へのコスト転嫁を挙げた。^{[57] [58] [59]}大規模な組織はエネルギー効率、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く、中小企業と中規模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た。^[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年末現在、国家政策には以下の効率と消費の目標（2014年の実績値）が含まれている。^{[62] : 4}

2007～2008年の金融危機を除けば、効率改善に向けた最近の進歩は着実に進んでいます。^{[63]しかし、ドイツのエネルギー転換（} Energiewende ） へのエネルギー効率の貢献という点では、まだ十分に認識されていないと考える人もいます。^[64]

運輸部門における最終エネルギー消費量を削減する取り組みは成功しておらず、2005年から2014年の間に1.7%の増加にとどまった。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が増加し、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、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両方において、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）を発表した。^{[66] [67]} 対象分野は、建物のエネルギー効率、企業の省エネ、消費者のエネルギー効率、輸送のエネルギー効率である。NAPEの中心的な短期的対策には、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調達、建物部門の効率化対策に対する税制優遇措置の導入、企業や業界と共同したエネルギー効率ネットワークの構築などがある。

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開協議用に発表した（ドイツ語）。^{[68] [69]}このグリーンペーパーでは、今後数十年にわたってドイツで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が概説されている。この文書の発表で、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、伝送し、その費用を支払う必要はない」と述べた。^[68]このグリーンペーパーでは、エネルギーの効率的な使用を「最初の」対応として優先し、暖房や輸送に再生可能電力を使用するなど、セクターカップリングの機会も概説している。 ^[68]その他の提案には、ガソリン価格が下がると増税される柔軟なエネルギー税が含まれており、これにより、原油価格が低いにもかかわらず燃料節約が奨励される。^[70]

スペインでは、5棟のうち4棟の建物が必要以上にエネルギーを消費しています。断熱が不十分であるか、エネルギーを非効率的に消費しているかのどちらかです。^{[71] [72] [73]}

スペインとポルトガルで事業を展開するユニオン・デ・クレディトス・インモビリアリオス（UCI）は、住宅所有者やビル管理グループへの省エネ対策融資を増やしている。UCIの住宅エネルギー改修計画は、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軒の住宅を改修し、再生可能エネルギーの利用を促進することを目指している。この取り組みにより、2025年までに約4650万ユーロの省エネ改修が実現し、約8.1GWhのエネルギーが節約されると見込まれている。年間7,545トンの炭素排出量を削減できる可能性がある。^{[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しい法律を採択し、 2016年10月1日に発効した。^[76]

2009年7月、オーストラリアの各州と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の実施を加速し、国の}低炭素未来への変革に備える10年計画である。この戦略を規定する最優先協定は、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汎カナダ枠組み」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年に米国を対象に実施されたエネルギーモデリングフォーラムの研究では、エネルギー効率化の機会が今後数十年間の燃料と電力の需要にどのような影響を与えるかが調査された。米国経済はすでにエネルギーと炭素の強度を下げることになっているが、気候目標を達成するには明確な政策が必要である。これらの政策には、炭素税、より効率的な電化製品、建物、車両の義務的基準、およびよりエネルギー効率の高い新しい機器の初期費用の補助金または削減などが含まれる。^[80]

プログラムと組織:

• エネルギー節約同盟
• アメリカエネルギー効率経済評議会
• 建築基準法支援プロジェクト
• 建築エネルギーコードプログラム
• エネルギー効率コンソーシアム
• 米国環境保護庁のEnergy Star

• カーボンフットプリント
• エネルギー監査
• 省エネ対策
• エネルギー効率の実装
• エネルギー回収
• エネルギーリサイクル
• エネルギー回復力
• 最も炭素効率の悪い発電所のリスト
• 廃棄物エネルギー