كثافة الطاقة

كثافة الطاقة هي مقياس لعدم كفاءة استخدام الطاقة في الاقتصاد . تُحسب بوحدات الطاقة لكل وحدة من الناتج المحلي الإجمالي أو أي مقياس آخر للإنتاج الاقتصادي. تشير كثافة الطاقة المرتفعة إلى ارتفاع سعر أو تكلفة تحويل الطاقة إلى ناتج محلي إجمالي، بينما تشير كثافة الطاقة المنخفضة إلى انخفاض سعر أو تكلفة تحويل الطاقة إلى ناتج محلي إجمالي.

تختلف كثافة الطاقة في بلد أو منطقة عن كفاءتها في استخدام الطاقة . وتتأثر كثافة الطاقة بالمناخ، والهيكل الاقتصادي (مثل الخدمات مقابل الصناعات التحويلية)، والتجارة، فضلاً عن كفاءة الطاقة في المباني والمركبات والصناعة. ^{[ 2 ]}

تعني كثافة الطاقة العالية ارتفاع الإنتاج الصناعي كنسبة من الناتج المحلي الإجمالي. أما الدول ذات كثافة الطاقة المنخفضة فتدل على اقتصاد كثيف العمالة.

تؤثر عوامل عديدة على كثافة استهلاك الطاقة في الاقتصاد. وقد تعكس هذه الكثافة متطلبات مستويات المعيشة العامة والظروف المناخية السائدة. ومن الشائع أن تتطلب المناطق ذات المناخ البارد أو الحار استهلاكًا أكبر للطاقة في المنازل وأماكن العمل للتدفئة ( باستخدام أفران أو سخانات كهربائية ) أو التبريد (باستخدام مكيفات الهواء والمراوح والثلاجات ). ومن المرجح أن تشهد الدول ذات مستويات المعيشة المرتفعة انتشارًا أوسع لهذه السلع الاستهلاكية ، وبالتالي تتأثر كثافة استهلاك الطاقة فيها أكثر من الدول ذات مستويات المعيشة المنخفضة.

قد تؤثر عوامل مثل كفاءة الطاقة للأجهزة والمباني (من خلال استخدام مواد وأساليب البناء، مثل العزل )، واقتصاد الوقود في المركبات، والمسافات المقطوعة بالمركبات (تكرار السفر أو المسافات الجغرافية الأكبر)، وأساليب وأنماط النقل الأفضل ، وقدرات وفائدة النقل الجماعي ، وترشيد الطاقة أو جهود الحفاظ عليها ، ومصادر الطاقة "خارج الشبكة"، والصدمات الاقتصادية العشوائية مثل انقطاعات الطاقة بسبب الكوارث الطبيعية والحروب وانقطاعات التيار الكهربائي الهائلة والمصادر الجديدة غير المتوقعة والاستخدامات الفعالة للطاقة أو إعانات الطاقة ، على كثافة الطاقة الإجمالية للدولة.

وبالتالي، فإن الدولة ذات الإنتاجية الاقتصادية العالية، والتي تتمتع بمناخ معتدل، وأنماط ديموغرافية لأماكن العمل القريبة من المنازل، وتستخدم مركبات موفرة للوقود، وتدعم مشاركة السيارات، ووسائل النقل العام، أو المشي أو ركوب الدراجات، ستكون ذات كثافة طاقة أقل بكثير من الدولة ذات الإنتاجية الاقتصادية المنخفضة، والتي تعاني من ظروف جوية قاسية تتطلب التدفئة أو التبريد، ورحلات تنقل طويلة، واستخدام مكثف لمركبات ذات كفاءة عالية في استهلاك الوقود. ومن المفارقات، أن بعض الأنشطة التي قد تبدو وكأنها تعزز كثافة الطاقة العالية، مثل رحلات التنقل الطويلة، قد تؤدي في الواقع إلى انخفاض كثافة الطاقة من خلال التسبب في زيادة غير متناسبة في الناتج المحلي الإجمالي.

تعتمد إحصاءات استهلاك الطاقة على البيانات التي تُسوّقها شركات الطاقة الكبرى. ولذلك، لا تُحتسب بعض مصادر الطاقة الصغيرة الحجم ولكنها شائعة الاستخدام، مثل الحطب ، وفحم الخث ، وعجلات المياه ، وطواحين الهواء .

فيما يتعلق بكثافة استخدام النفط، يلعب نوع الديمقراطية في الدولة دوراً في خفض كثافة استخدام النفط، فعلى سبيل المثال، سهّلت المؤسسات السياسية المركزية على الحكومات الديمقراطية خفض مستويات كثافة استخدام النفط. ^{[ 4 ]}

• قُدِّر استهلاك الولايات المتحدة من الطاقة من جميع المصادر في عام 2004 بنحو 99.74 كواد (105,210 بيتاجول ) . ^{[ 5 ]} وبلغ إجمالي الناتج المحلي في ذلك العام 11.75 تريليون دولار، بمتوسط ​​نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي 40,100 دولار. ^{[ 6 ]} وبافتراض عدد سكان يبلغ 290,809,777 نسمة، ^{[ 7 ]} فإن ذلك سينتج عنه كثافة طاقة تبلغ 8,553 وحدة حرارية بريطانية (9,024 كيلوجول) لكل دولار.    

تختلف كثافة الطاقة بين الدول بشكل ملحوظ، حيث تكون أعلى أو أقل.

• يبلغ عدد سكان بنغلاديش 144 مليون نسمة، وناتجها المحلي الإجمالي 275.5 مليار دولار، وبالتالي فإن نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي فيها يبلغ حوالي 2000 دولار. ويبلغ استهلاكها السنوي من الطاقة 0.61 كواد (0.64 إكساجول) ، مما يجعل كثافة الطاقة فيها 2003 وحدة حرارية بريطانية (2113 كيلوجول ) فقط لكل دولار، أي ربع المعدل في الولايات المتحدة. ويُعزى هذا الرقم الضئيل بشكل أساسي إلى انخفاض مستويات المعيشة والأداء الاقتصادي.    
• يبلغ عدد سكان روسيا 143 مليون نسمة، وناتجها المحلي الإجمالي 1.408 تريليون دولار، وبالتالي يبلغ نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي حوالي 9800 دولار. وبلغ استهلاكها السنوي من الطاقة 29.6 كواد (31.2 إكساجول) ، أي ما يعادل كثافة طاقة قدرها 19597 وحدة حرارية بريطانية (20676 كيلوجول) لكل دولار، وهو ما يزيد عن ضعف مثيله في الولايات المتحدة. وقد يُعزى ذلك إلى الظروف المناخية القاسية في معظم أنحاء شرق روسيا، بالإضافة إلى مساحتها الشاسعة.    
• يبلغ عدد سكان إيطاليا 60 مليون نسمة، ويبلغ ناتجها المحلي الإجمالي 1.8 تريليون دولار، وبالتالي يبلغ نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي حوالي 31 ألف دولار. ويجعلها معدل استهلاكها السنوي للطاقة، البالغ 122.8 طن من مكافئ النفط، الدولة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة في مجموعة الثماني، وواحدة من أكثر الدول كفاءة في استخدام الطاقة في العالم الصناعي، ويعود ذلك إلى حد كبير إلى ارتفاع أسعار الطاقة تقليدياً، مما أدى إلى سلوكيات أكثر كفاءة من جانب الشركات والمستهلكين .

بالطبع، تم الحصول على هذه الأرقام باستخدام مزيج من بيانات عامي 2003 و2004، والعديد منها تقديرات. ينبغي أن تستخدم النماذج الرياضية الفعلية بيانات دقيقة لفترات دراسية مناسبة.

انتقلت عدة دول، مثل السويد والنرويج وفرنسا وكندا، إلى استخدام مصادر طاقة منخفضة الكربون. وقد تحولت النرويج وكندا إلى الطاقة الكهرومائية، بينما تعتمد فرنسا على الطاقة النووية. ومنذ هذا التحول، انخفضت انبعاثات الكربون في هذه الدول إلى نحو خُمس انبعاثات الكربون في 13 دولة أخرى، من بينها الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وإيطاليا. ^{[ 8 ]}

إن النظر إلى المسألة من منظور معاكس يتمثل في "كفاءة الطاقة الاقتصادية"، أو معدل العائد الاقتصادي على استهلاك الطاقة: كم عدد الوحدات الاقتصادية من الناتج المحلي الإجمالي التي يتم إنتاجها عن طريق استهلاك وحدات الطاقة.

• بالرجوع إلى الأمثلة السابقة، فإن استهلاك مليون وحدة حرارية بريطانية بكثافة طاقة تبلغ 8553 أنتج 116.92 دولارًا أمريكيًا من الناتج المحلي الإجمالي للولايات المتحدة. في المقابل، أنتج كل مليون وحدة حرارية بريطانية من الطاقة المستهلكة في بنغلاديش بكثافة طاقة تبلغ 2113 ما قيمته 473 دولارًا أمريكيًا من الناتج المحلي الإجمالي، أي أكثر من أربعة أضعاف المعدل الفعلي في الولايات المتحدة. أما روسيا، فقد أنتجت 48.37 دولارًا أمريكيًا فقط من الناتج المحلي الإجمالي لكل مليون وحدة حرارية بريطانية بناءً على كثافة طاقة تبلغ 20676. وبالتالي، يمكن اعتبار بنغلاديش أكثر كفاءة في استخدام الطاقة الاقتصادية بعشرة أضعاف تقريبًا من روسيا.

ليس بالضرورة أن يرتبط ارتفاع نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي بانخفاض كفاءة الطاقة الاقتصادية. انظر الرسم البياني المرفق للاطلاع على أمثلة تستند إلى أكبر 40 اقتصادًا وطنيًا.

يمكن استخدام كثافة الطاقة كمقياس مقارن بين البلدان؛ في حين أن التغير في استهلاك الطاقة المطلوب لرفع الناتج المحلي الإجمالي في بلد معين بمرور الوقت يوصف بأنه مرونة الطاقة .

• كثافة الانبعاث - معدل انبعاث الملوث 
• الاستخدام الأمثل للطاقة – طرق لزيادة كفاءة الطاقة 
• التلوث الضوئي – الإضاءة الاصطناعية الزائدة في البيئة 
• إمدادات الطاقة واستهلاكها في العالم – الإنتاج العالمي للطاقة واستخدامها 
• قائمة الدول حسب كثافة الطاقة
• قائمة محطات تخزين الطاقة