Мир светодиодных светильников - стоимость ожидания

1. О цели
2. Мировая статистика
3. Производство светодиодных светильников
4. Круговая Экономика - Утилизация Крепежа
5. Экономия энергии
6. обсуждение
7. Заключение

Эта статья будет отличаться от типичной технической статьи, поскольку она не будет углубляться в технические детали, а скорее даст общее представление о популярной теме. Статья основана на гипотетическом сценарии: что если мы изменим все освещение на светодиоды одним щелчком пальца?

Общеизвестно, что светодиоды помогают экономить энергию, а также говорят о влиянии на производство. Вопросы круговой экономики становятся все более актуальными, и продолжаются дебаты о влиянии отрасли в зависимости от того, кто или какая организация проводит исследование.

Но вопрос в том, что нужно сделать, чтобы заменить все светильники в мире современными светодиодами? Как мы будем производить все эти светодиоды и каков будет результат? А если есть что-то, что можно сделать в светотехнической промышленности - имеет ли это значение?

После первого краткого анализа в статье в прошлом году [1], эта статья идет немного дальше по этому вопросу с использованием аналогичного подхода. Собирая информацию и некоторые гипотезы из разных доступных источников, можно сделать первый набросок ответа. Цель состоит в том, чтобы понять идею о возможности впереди. Во многих случаях оценка Ферми и приближение «Сферическая корова» [2] используются для получения порядка [3].

О цели

Цель состоит в том, чтобы оценить влияние произвольного сценария: если бы мы переключили весь мир на современное эффективное светодиодное освещение, будет ли это иметь значение? У нас есть идея?

Какая задача впереди? Что нужно для производства светодиодного светильника? Что мы должны делать со всем, что заменяется? Сделайте это и, наконец, посмотрите на результат, сравнив его с постоянным увеличением количества светодиодов, которое происходит в настоящее время.

Мировая статистика

В этом разделе показана оценка общего количества источников света, которые необходимо заменить, а также попытка дать некоторые интересные цифры.

Тщательные оценки обеспечили, что на освещение приходится только 14% потребления электроэнергии в домах, 22% в коммерческих условиях и 7% в производственных помещениях. Учитывая относительное общее потребление, мы получаем в среднем 14% энергии, потребляемой для освещения в 2016 году.

Различные источники [5 и 6] показывают, что в 2016 году для производства электроэнергии в мире было потреблено 22 000 ТВт-ч энергии. При этом на 14% суммарное потребление электроэнергии в 2016 году составляет 3080 ТВт-ч, что примерно равно производству электроэнергии во всем Европейском союзе [7 ].

Расчет энергии в джоулях для 2016 года из 3080 ТВтч с использованием EQ 1 дает 11 Экзаджоулей (1 млн. ТДж). Преобразованная в ватты с использованием EQ2, в 2016 году средняя мощность, выделяемая на освещение, составляет 300 ГВт.

Рисунок 2: Распределение мира, установленное на основе технологий (данные за 2016 г., прогнозируемые до 2017 г. с использованием источника [8])

О сегодняшней эффективности наших огней
На сегодняшний день [8] все установленные источники света всех секторов вместе могут быть разбиты по технологии освещения.

На основе данных измеренной эффективности можно рассчитать средневзвешенную эффективность комбинации всех этих технологий в лм / Вт. Собирая данные от Caliper [9] для светодиодных светильников и различных таблиц производителей, мы получаем следующее средневзвешенное значение: 38 лм / Вт, как наше среднее мировое значение, в основном, поднятые светодиодами, HID и флуоресцентными технологиями, а также накаливания и накаливания. галогены.

В том же отчете дается приблизительная оценка 30В. Умножая количество ламп на эффективность, используя расчет EQ3, вы получаете удивительное количество в 11 терра люмен.

Эти расчеты показывают, что средний прибор потребляет 10 Вт и производит 380 лм. Для мощности он кажется низким, но порядок величины огромен, и светоотдача кажется правильной, учитывая подавляющее большинство галогенных / КЛЛ / ламп накаливания.

Производство светодиодных светильников

Учитывая нашу мировую статистику установленной базы светильников 30В, вопрос здесь: если бы мы заменили их все, как бы это сказалось?

NEMA в 2013 году опубликовала отчет, в котором был проанализирован углеродный след нескольких приборов [10]. Интересным выводом этого исследования было то, что воздействие углерода происходит в основном от четырех компонентов: балласт (драйвер), теплоотвод (Al), заливочные материалы в основании лампы и сами светодиоды.

В полупроводниковой и электронной промышленности используется большое количество энергии и воды, и, как показывает отчет NEMA, общий углеродный след и затраты энергии на производство светодиодного продукта примерно вдвое больше, чем у обычного аналога.

Получено из светильников 30В в относительную стоимость энергии, и теперь приходится тратить довольно много энергии на производство 86% недостающих «не светодиодных» светильников.

Сколько энергии требуется для производства светодиодного светильника? - К сожалению, точных данных нет. Поэтому был сделан теоретический расчет, основанный на некоторых допущениях и опубликованных данных с портативных компьютеров, но производители приспособлений приветствуются, чтобы просветить нас более точными цифрами.

Светодиодный светильник, как правило, не имеет батареи или экрана и т. Д., И электроника проще, но все больше и больше материалов печатных плат используется для датчиков, разведки, связи и новых функций.

В исследовательской работе «Гибридный LCA с экономическим балансом расширен с анализом неопределенности: тематическое исследование портативного компьютера» [11], авторы обнаружили «Результаты показывают, что производство компьютера требует 3010-4340 МДж первичной энергии». В то время как светодиодные светильники имеют в общем, без экрана, без батареи, с более простой электроникой, предполагалось, что для производства светильника требуется 1/10 этого энергопотребления. Кроме того, для расчета было использовано более низкое значение из приведенного исследования потребления энергии, в результате чего было получено 300 МДж энергии.

Для сравнения: эти 300 МДж равняются 83 кВтч или эквиваленту 10 долларов США в США. Для замены всех приборов необходимо 172 ГВт энергии; это много за один год!

Круговая Экономика - Утилизация Крепежа

Чтобы увидеть всю картину, важно также взглянуть на старые приборы. В выбранном сценарии весь мир освещается светодиодами. Таким образом, кроме светодиодных светильников с возможностью замены светодиодов, все должно быть заменено. В светодиодном освещении замена части светильника является важной дискуссией, но существует очень мало решений. Это упрощает расчет, поскольку время жизни любой установленной конструкции можно игнорировать.

Придерживаясь того же подхода «сферической коровы», в настоящее время в мире существует около 30B «светлых точек».

Данные о крупномасштабной переработке сильно различаются при чтении литературы. Наша гипотеза состоит в том, чтобы просто добавить «коэффициент переработки», процент от нашей новой установленной базы, получаемой в результате переработки старых материалов. Исследование показывает, что в настоящее время от 20% до 40% электронных отходов перерабатывается [12].

Даже если предположить, что надлежащая утилизация имеет место с коэффициентом переработки 40%, это оставляет значительное количество отходов. Хотя вопрос об отходах вызвал много споров между авторами этой статьи, поскольку сравнение касается сценария «измени все сейчас» или «просто продолжай работать, как есть», в обоих случаях потери будут одинаковыми, за исключением появятся новые способы борьбы с отходами, которые будут производиться в будущем. Тогда, возможно, второй сценарий может измениться.

Экономия энергии

Светильники последнего поколения в 2017 году легко превышают 100 лм / Вт для всего спектра применений; и эффективность все еще увеличивается. Стоит отметить, что это очень осторожная оценка. На рис. 3 показано сравнение двух сценариев «измени все сейчас» и сценария «продолжай в том же духе» с допущением изменения + 10% в год, что приведет к полному изменению в 2025 году последнего.

обсуждение

Как видно на рисунке 3, первоначальные производственные затраты ухудшают энергетический баланс «все сейчас» в первый год. Однако это меняется очень быстро.

Наиболее ярким значением является годовая разница. С «изменить все сейчас» первый год с попыткой заменить все приводит к отрицательной энергетической выгоде. Но это более чем покрыто в следующем году, когда можно сэкономить 200 ГВт энергии. С тех пор сценарий «продолжай в том же духе» догоняет. В любом случае, экономия резко возрастает с годами.

Рисунок 3: Гипотетический сценарий «измени все сейчас» и сравнения «продолжай как есть». Обратите внимание, что цифры большие, но синяя кривая плато составляет примерно 13 ГВт, а время жизни игнорируется

Каково преимущество экономии 200 ГВт?
200 ГВт - это в 40 раз больше энергии, чем у крупнейшей угольной электростанции в мире [13], и примерно равно количеству 200 ядерных реакторов. Это должно создать небольшое впечатление о полезности такого шага. Более ранняя реализация энергоэффективного источника, даже с учетом значительных производственных затрат, приводит к выгоде.

Стоимость ожидания
«Стоимость ожидания» еще более важна, поскольку это накопленная разница между «измени все сейчас» и «просто продолжай, как есть». Реальность, безусловно, будет лежать где-то между этими двумя сценариями. Однако этот крайне теоретический случай приведет к совокупной экономии, близкой к тераватту, что составляет около четверти общего потребления электроэнергии, а не только потребления электроэнергии, в США, включая автомобили и уголь. Ожидание - это просто пустая трата энергии в очень большом масштабе.

Способ приблизиться к невозможному
Самый большой вклад в улучшение - это стоимость производства. Принимая очень грубую гипотезу, приведенную выше, около 60% энергосбережения светодиодных светильников расходуется на его изготовление. Новые процессы будут иметь прямое влияние на это. Ценность рециркуляции очевидна, рециркуляция старых деталей приводит к прямому изменению отдачи, поскольку это эквивалентно меньшему количеству приспособлений, которые «платят» за энергию.

О гипотезе
Министерство энергетики заявляет в интересном докладе, опубликованном в прошлом году [14]:
«Снижение энергопотребления освещения на 75% в 2035 году представляет еще большую возможность, если учитывать совокупную экономию. В период с 2015 по 2035 год суммарная экономия энергии составит 62 квадратора, если будет достигнута цель Программы DOE SSL по эффективности светодиодов и подключенному освещению, что эквивалентно почти 630 миллиардам долларов во избежание затрат на электроэнергию ».

Таким образом, кажется, что обсуждаемая гипотеза была на самом деле довольно консервативной.

Мысли о сроке службы светодиода
Расчет срока службы для заданного времени между 2017 и 2025 годами с 12 часами / 24 часами работы дает 35 000 часов рабочего времени. На всех доступных примерах уже есть приборы с более длительным сроком службы - 50 КБ и более, поэтому этого достаточно, чтобы об этом не беспокоиться. В любом случае, в сценарии «измени все сейчас» (синяя кривая) в расчетах учитывается 1% «несчастных случаев» каждый год. Добавление этих жизненных соображений к полной картине делает результаты еще более ясными.

Заключение

Будет ли агрессивная замена всего на светодиоды позитивно повлиять на «общую картину»? - Да, а что еще? Если развивающиеся страны все еще строят свои электрические сети, они, вероятно, должны первыми инвестировать значительные средства в светодиоды. Говоря более широко, если отрасль предлагает решение, не лучше ли будет применить его как можно скорее? Скорее всего, да.

Подтверждения:
Я хотел бы поблагодарить д-ра Ричарда из CNRS за его помощь в этом упражнении и В. Лаганье из Light Zoom Lumiere за то, что они выдвинули идею на первое место в прошлом году.

Рекомендации:
[1] https://www.lightzoomlumiere.fr/article/led-consommation-energetique-defis-de-demain/
[2] http://abstrusegoose.com/406
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Fermi_problem
[4] https://ycharts.com/indicators/us_gdp_as_a_percentage_of_world_gdp
[5] https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=96&t=3
[6] https://yearbook.enerdata.net/total-energy/world-consumption-statistics.html
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_electricity_production
[8] Прогноз энергосбережения твердотельного освещения в условиях общего освещения.
Приложения: https://energy.gov/sites/prod/files/2016/10/f33/ energysavingsforecast16_0.pdf
[9] https://energy.gov/eere/ssl/caliper-testing
[10] https://www.nema.org/Policy/Environmental-Stewardship/Documents/ «Исследование углеродного следа электротехнической продукции, июнь 2013 г.» .pdf
[11] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652611000801
[12] http://www.electronicstakeback.com/wp-content/uploads/Facts_and_Figures_on_EWaste_and_Recycling.pdf
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/Taichung_Power_Plant
[14] https://energy.gov/sites/prod/files/2016/10/f33/energysavingsforecast16_0.pdf

(c) Luger Research ЕС - 2017

Похожие