一次エネルギー(いちじエネルギー、PE)とは、自然界に存在するエネルギーで、人為的な変換プロセスを経ていないものである。これは、原燃料に含まれるエネルギーであり、システムへの入力として受け取った他の形態のエネルギーも含まれる。一次エネルギーには、枯渇性と再生可能なものがある。
化石燃料を表すために一次エネルギーが使われる場合、燃料の内包エネルギーは熱エネルギーとして利用可能であり、一般的には約70%が電気エネルギーや機械エネルギーへの変換で失われる。太陽エネルギーや風力エネルギーを電気に変換する場合も同様に60-80%の変換ロスがあるが、今日の国連のエネルギー統計条約では、風力や太陽から作られた電気をこれらのエネルギー源の一次エネルギーとして計上する。この計上方法の結果、風力や太陽エネルギーの寄与は化石エネルギー源に比べて低く報告され、風力や太陽の一次エネルギーの計上方法について国際的な議論が行われている。
一次エネルギー供給量(TPES)は、生産・輸入の合計から輸出・貯蔵量の変化を差し引いたものである。
一次エネルギーの概念は、エネルギー学と同様、エネルギー統計学の分野では、エネルギー収支の編集で使用されている。エネルギー学では、一次エネルギー源(PES)とは、人間社会で使用されるエネルギーキャリアを供給するためにエネルギー部門が必要とするエネルギー形態を指す。
二次エネルギーとは、電気などのエネルギーキャリアのことである。これらは一次エネルギー源から変換されて生成される。
PEとTPESは、世界的なエネルギー供給の文脈でより明確に定義されている。
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 | ||
石炭または天然ガス | 化石燃料発電所 | 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 | |||
天然トリウム | トリウム増殖炉 | 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 | |||
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 | 水力発電所、波力発電ファーム、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 |
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。
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。
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(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。
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。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。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。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。
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、商業ビル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。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、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。
エネルギー事故とは、エネルギーや電力の供給システムで発生する事故のことである。このような事故は、多くのシステムが正常稼働している場合と同様に、例えば公害による死亡事故につながる可能性がある。
世界的には、石炭は1兆kWhあたり10万人の死者を出している。