一次エネルギー

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2020/08/15 10:18 UTC 版)

エネルギー源の例

一次エネルギー源は、それらがエネルギーキャリアに変換されるエネルギーシステム（英語版）の構成要素（または変換プロセス）と混同されるべきではない。

一次エネルギー源			右の要素で変換される	エネルギーシステム構成要素	右のキャリアへ	エネルギーキャリア（主）
枯渇性^{[nb 1]}	化石燃料	石油（または原油）		製油所		燃料油
	化石燃料	石炭または天然ガス		化石燃料発電所（英語版）		エンタルピー、力学的仕事または電気
	鉱物燃料	天然ウラン^{[nb 2]}		原子力発電所（核分裂）		電気
	鉱物燃料	天然トリウム		トリウム増殖炉（英語版）		エンタルピーまたは電気
再生可能		太陽エネルギー		太陽光発電所（Solar powerも参照）		電気
		太陽エネルギー		集光型太陽熱発電、太陽炉（太陽熱発電も参照）		エンタルピー
		風力		集合型風力発電所（風力発電も参照）		力学的仕事または電気
		落水や流水、潮汐エネルギー^[6]		水力発電所、波力発電ファーム（英語版）、潮力発電所		力学的仕事または電気
		バイオマス源		バイオマス発電所		エンタルピーまたは電気
		地熱エネルギー		地熱発電所		エンタルピーまたは電気

使用可能エネルギー

一次エネルギー源は、エネルギー部門によってエネルギーキャリアの生成のために変換される。

詳細は「エクセルギー」を参照

一次エネルギー源は、エネルギー変換の過程で、電気エネルギーや精製燃料、水素燃料などの合成燃料など、社会で直接利用できるより便利なエネルギーに変換される。エネルギー学の分野では、これらの形態をエネルギーキャリアと呼び、エネルギー統計学における「二次エネルギー」の概念に相当する。

エネルギーキャリア（または二次エネルギー）への変換

エネルギーキャリアとは、一次エネルギー源から変換されたエネルギー形態のことである。電気は最も一般的なエネルギーキャリアの一つで、石炭、石油、天然ガス、風力などの様々な一次エネルギー源から変換されている。電気はエントロピーが低く（秩序が高く）、他のエネルギーに効率よく変換できるため、とくに有用である。地域熱供給も二次エネルギーの一例である^[7]。

熱力学の法則によれば、一次エネルギー源は生産できない。エネルギーキャリアの生産を可能にするために、社会で利用できるようにしなければならない^[5]。

変換効率は様々である。熱エネルギーの場合、電気や力学エネルギーの生産はカルノーの定理によって制限され、多くの廃熱が発生する。他の非熱的な変換は、より効率的になる可能性がある。例えば、風力タービンは風力エネルギーをすべて取り込むわけではないが、風力エネルギーは低エントロピーであるため、変換効率が高く、廃熱をほとんど発生させない。原理的には太陽光発電の変換は非常に効率が良いかもしれないが、電流変換は狭い範囲の波長のみでうまくいくのに対し、太陽熱はカルノー効率の限界もある。水力発電も非常に秩序立っており、非常に効率的に変換されている。使用可能エネルギー量とは、システムのエクセルギーのことである。

サイトエネルギーとソースエネルギー

サイトエネルギー（site energy）とは、特定の場所で消費されるあらゆる形態の最終消費エネルギーの量を指す用語で北アメリカで使用される。これは一次エネルギー（ある場所で燃焼される天然ガスなど）と二次エネルギー（電気など）の組み合わせである。サイトエネルギーは、キャンパス、建物、またはサブビルディングレベルで測定され、光熱費におけるエネルギー料金のベースとなる^[8]。

対照的にソースエネルギー（source energy）は、施設のサイトエネルギーを供給するために消費される一次エネルギーの量を表す用語として北アメリカで使用されている。これは、すべてのサイトエネルギーを含み、伝送、送達、変換の間に失うエネルギーを加えたものであるため、常にサイトエネルギーよりも大きい^[9]。ソースエネルギーまたは一次エネルギーは、エネルギー消費のより完全な全体像をもたらすが、直接測定することはできず、サイトエネルギーの測定値から変換係数を用いて換算しなければならない^[8]。電気の場合、典型的な値は、サイトエネルギー1単位に対してソースエネルギー3単位である^[10]。しかし、これは一次エネルギー源や燃料の種類、発電所の種類、送電インフラなどの要因によって大きく変化することがある。変換係数の完全なセットは、エネルギースターから技術参考資料として入手可能である^[11]。

異なる施設のエネルギー使用を比較・分析する際には、サイトエネルギーまたはソースエネルギーのいずれかが適切な基準となる。例えば、米国エネルギー情報局は、エネルギーの概要には一次エネルギー（ソース）を使用しているが^[12]、商業ビル^[13]や住宅ビルのエネルギー消費量調査にはサイトエネルギーを使用している^[14]。米国環境保護庁のエネルギースタープログラムではソースエネルギーの使用を推奨しており^[15]、米国エネルギー省ではネット・ゼロ・エネルギー・ビルの定義にサイトエネルギーを使用している^[16]。

見通し

一次エネルギーの見通し。2007年から予測（EIA、2010）

注釈

^ 地球科学の規模では、全一次エネルギー源は再生可能であると考えられる。資源の再生不能な本質（PES）は、人間社会内のニーズの規模によるものである。ある状況では、人間社会による資源の利用は、地球物理的に再生される最低速度よりもはるかに速く行われている。これが、枯渇性一次エネルギー源（石油、石炭、ガス、ウラン）と再生可能一次エネルギー源（風力、太陽光、水力）の区別の根拠となっている。
^ 核分裂発電所では、プルトニウムや劣化ウランなどの核燃料も使用されている。しかし、自然界には量的に存在しないため、一次エネルギー源とは考えられない。実際、これらの核燃料を利用できるようにするためには、天然のウラン（一次エネルギー源）を消費しなければならない。

出典