人人都該懂的能源新趨勢

我幾乎可以確定，這書原本的書名肯定不叫《人人能懂的新能源趨勢》，出版方定這個書名，肯定是爲了逢迎當下所謂的“新能源趨勢”。這是一本關於能量知識的科普書，大概是十幾年前的作品，你想看這方面的書，我更推薦本書作者的另一本出版於2017年的《能量與文明》一書。 說起能源，要說的第一句話還是：這世界上如果有真理的話，那麼唯一的真理就是能量守恆定律。即能量即不會憑空產生也不會憑空消失。你要看一種能源，不要聽別人吹什麼新不新，好不好，你需要知道的是，這個所謂的新能源“能量成本”是多少，“能量回報”是多少。“能量成本”就是我們利用某種能源的的時候，需要花多少錢，這包括製作採用的原材料、人工、運輸等，以及到最後使用的全過程，你不能只拿其中的某一環節來比較幾種能源的使用成本。“能量回報”就是你的投入能得到多少回報，假如你投入一塊錢得到10塊錢的回報，那麼“能量回報”就是10，如果這個數字小於1，那麼你得到的回報就是負數。“能量回報”數值越小，說明“能量成本”越高。 給大家幾個數值，讓大家自己比較。我們通常使用的煤炭的“能量回報”在60-80之間，天然氣和石油通常在80到120之間，對於處於風力最大處的大型風力渦輪機，指標可能接近20，但多數情況下小於10，對於光伏太陽能電池而言，該指標不超過2，而現代生物燃料（乙醇、生物柴油）的這一指標最多隻有1.5，或者往往不是整數值，意思就是虧損的。

瓦茨拉夫•斯米爾的科普小書《人人都該懂的能源新趨勢》豆瓣評分才6.4，微信讀書推薦值才53.8%，但我給了個五星評分：一來因爲我對此類融會貫通型書籍的偏好；二來我認爲之所以分不高，還因爲書籍標題存在悖論，容易陷入嚇退普通羣衆、業內人士乍一看又瞧不上的境地；三來，知識面實在太廣，只有真正有好奇心的讀者纔會懷着開卷有益的心讀下去、同時，當涉及到具體專業時，必然存在偶爾不夠精深、不保證新穎的破綻，這讓求全責備希望讀寶典的讀者心生反感：畢竟FLAG立得太高。但換位思考，如果身邊有這麼一位大明白，用能源這根紅線，將世間萬物都串起來娓娓道來，即便在完整準確全面方面存在短板，那又有什麼關係咧？反正我肯定會開開心心與他交朋友的。除了知識分享之外，斯米爾對需求和供給，技術與資源之間神奇的相互促進，有着貫穿始終的能源史觀。在他眼裏，18世紀中葉的新型鼓風爐，熔鍊每單位熱金屬時所消耗的木炭量還不到中世紀鼓風爐的1/10，但森林植物量很快就變成了決定鍊鐵業未來發展的關鍵因素。現代原油開採受到了尋找更便宜光源的激勵，這是爲了替代成本高昂而且越來越少的提煉自抹香鯨鯨脂的油；“現代農業越來越依賴外部的能量補充。正如著名生態學家霍華德•奧德姆（Howard Odum）在1971年說的那樣：“我們現在喫的土豆有一部分是石油做的。”但是，我們並不能直接簡單地將農產品含有的能量視爲能量效率指標，我們喫西紅柿並不是爲了獲取能量，而是想要品嚐它們的味道以及獲取其含有的維生素C和番茄紅素，而且我們也沒法食用柴油（某些細菌可以）。此外，在所有發達國家中，食物的總能量成本主要由加工、包裝、長途運輸（通常包括冷藏或冰凍）、零售、購物行程、家庭冷藏、烹飪和清洗餐具所決定。這些活動的能量成本至少是農業生產的能量成本的2倍，而且很多時候甚至可達到3～4倍”…也許這一切的起點是因爲他對地球出現生命的偶然與必然的充滿敬畏的信念：“重力變爲原來的兩倍會如何？如果地球的軌道比原有的接近圓形的軌道更偏心會如何？如果地球的旋轉軸不傾斜會如何？如果地球自轉一週的時間不是24小時而是240小時會如何？如果地球表面有90%的陸地而非30%會如何？如果地球大氣中沒有水蒸氣和僅佔0.038%的二氧化碳會如何？關於這些問題的答案，你可以猜猜看，反正這些都是對於生命來說不希望發生的情況。這裏簡單地給出最後一個“如果”的答案：地球上不會有生命存在”。所以他認爲：“人類具有很好的適應變化的能力，儘管我們過往的創造、發明和創新並不能確保在未來幾代人的時間裏可以再次相當平穩地過渡到下一個能源時代，但基於此，我們可以相信如今的機會遠勝於過去”。 點評和摘錄~ ◆ 1 我們所認知的能量：熱力學定律和度量方法 亞里士多德 >> Energy（能量、能源）一詞與許多抽象的術語詞彙如hypothesis（假設）和sophrosyne（適度）一樣，是一個希臘語複合詞。亞里士多德在他的《形而上學》（Metaphysics）中創造了這一術語，他將εν(1)與έργον(2)兩個詞組合成了ενέργεια（即energeia(3)），並將這個詞與entelechia（完全的現實）關聯到了一起。亞里士多德認爲，維持萬物存在的是與其功能相關的energeia。因此，energein這個動詞的意思就是“運動、動作、工作、變化”。 21世紀初 >> 30多年後，成書於1842年的第七版《大不列顛百科全書》僅提供了一個非常簡短且不科學的詞條，其將energy描述爲“事物的力量、優點或功效，也可用於喻指加重語氣”。自那以後，或者說自休謨時代以來，這個單詞在流行用語中一直都沒有發生多大變化，變化的只有這個單詞被誤用的頻率。 深刻的哲學 >> 克勞修斯繼續完善了這一基本概念，並在其1865年的一篇論文中提出了entropy（熵）這一術語。entropy源自希臘語詞彙τροπή（意爲：轉變、轉換、變換），克勞修斯將其用於度量封閉系統中的混亂程度。他還明確地提出了熱力學第二定律：宇宙的熵趨向於極大值。用常用的術語來說，這一定律是指：在沒有任何外部能量供應的封閉系統中，可用的有用能量只會逐漸減少。煤是一種高質量的、有序的（低熵）能量載體，燃燒煤會產生熱能，而熱能是一種疏散的、低質量的、無序的（高熵）能量形式。這個順序是不可逆的：散出的熱能和釋放的可燃燒氣體永遠無法重新聚合成煤。因此，熱能在能量層次結構中居於一個非常獨特的位置，其他所有形式的能量都可以完全轉化爲熱能，但熱能永遠無法完全轉化爲其他形式的能量，因爲初始投入的熱能中只有一部分可以轉變成新形式的能量。 以前沒歸納過 >> [插圖] 好系統啊。 >> 國際單位制指定了7種基本的計量單位：長度、質量、時間、電流、熱力學溫度、物質的量、發光強度。其單位既直接用於度量這7種常見的變量，也用於推導衍生出更復雜的計量單位，包括一些日常生活中會用到的相對簡單的單位，比如面積、體積、密度、速度、壓力，以及科學和工程領域會用到的更復雜的概念，比如力、壓力、能量、電容量、光通量。對於能量領域反覆出現的單位，只需質量（M）、長度（L）和時間（T）3個基本量就能推導衍生出來。 ◆ 2 生物圈中的能量：大自然的運作方式 對頭 >> 重力變爲原來的兩倍會如何？如果地球的軌道比原有的接近圓形的軌道更偏心會如何？如果地球的旋轉軸不傾斜會如何？如果地球自轉一週的時間不是24小時而是240小時會如何？如果地球表面有90%的陸地而非30%會如何？如果地球大氣中沒有水蒸氣和僅佔0.038%的二氧化碳會如何？關於這些問題的答案，你可以猜猜看，反正這些都是對於生命來說不希望發生的情況。這裏簡單地給出最後一個“如果”的答案：地球上不會有生命存在。 ◆ 3 人類歷史中的能量：肌肉、工具和機器 這也是冷知識 >> 我們有兩條腿，這讓我們成了唯一一種可以將呼吸頻率與步幅頻率脫鉤的奔跑型動物。四足奔跑型動物的胸部骨骼和肌肉必須吸收前肢的衝擊力，因此它們的肺部充氣會被自動限制爲每步呼吸一次，但人類的呼吸可以根據步幅頻率做出改變。 成本效用 >> 假設人的工作功率爲60～80 W，就算只進行簡單的定量比較，一頭牛提供的功率也相當於5個人創造的總功率，而且它只需要喫人類無法消化的草和農作物的秸稈即可。而一匹壯馬每天要喫4 kg燕麥，用於種植這種穀物的土地能夠產出供6個成年人食用的糧食穀物（如小麥或黑麥），但選擇壯實的馬所完成的工作量相當於至少10個壯漢辛勞工作一整天的工作量。只不過這樣的比較仍然忽視了這樣一個事實：這些動物能完成一些即使一羣壯漢也無法完成的任務，而且這些動物還可以被成羣結隊地大規模使用，這足以完成一些用其他任何方法都難以完成的任務。 結構 >> 馬身體的前半部比後半部更重（比值爲3:2），因此馬具有更大的前向慣性。另外，馬的壽命也比牛長，而且由於馬特有的身體屬性，使得它們在站立時不會額外使用任何能量。和其他動物不同的是，馬在站立時懸吊的韌帶與肌腱會將它們的腿鎖住，這樣它們就無須繃緊長腿肌肉了。 那能源與工業的關係是誰拉動了誰？ >> 木炭的使用效率在提升，比如，18世紀中葉出現了一種新型鼓風爐，熔鍊每單位熱金屬時所消耗的木炭量還不到中世紀鼓風爐的1/10，但森林植物量很快就變成了決定鍊鐵業未來發展的關鍵因素。 ◆ 4 現代世界中的能量：化石燃料驅動的文明 與時間有關。 >> 組成上，質量最差的褐煤的碳含量不到50%，無煙煤的碳含量則超過90%，煙煤的碳含量大都在70%～75%，這意味着最常用的煙煤的能量密度大約比風乾的木材高50%。 從內燃機的限制到蒸汽機是需求拉動 >> 帕森斯汽輪機是首款並非基於實用主義的技術改進，而是由於熱力學原理表明這種機器可能存在而全新設計出的重要機器。帕森斯並不是第一位設計汽輪機的工程師，因發明了離心式奶油分離器（在此之前所有黃油都必須人工攪拌）而聞名的卡爾•古斯塔夫•帕特里克•德•拉瓦爾（Carl Gustaf Patrick de Laval）在1882年展示了其設計的脈衝式汽輪機。但拉瓦爾的概念並不容易轉化成實用的機器，因爲他設計的渦輪機會將蒸汽從一個喇叭形的噴嘴噴到轉子斜置的葉片上，這樣的脈衝會導致轉子旋轉速度過快——超過40 000轉／分鐘（rpm），並會產生很大的離心力，而那時候沒有任何一種材料可以承受這樣的速度和力。 還是需求導致的供給。 >> 現代原油開採受到了尋找更便宜光源的激勵，這是爲了替代成本高昂而且越來越少的提煉自抹香鯨鯨脂的油，這種危險的追求已被永久記錄在了赫爾曼•梅爾維爾（Herman Melville）的傑作《白鯨記》（Moby Dick）中。最終，在150 ℃～275 ℃溫度範圍內從原油中分離出來的無色且高度可燃的液體煤油滿足了這些需求，也使得世界上一種大型的哺乳動物免於滅絕。 石蠟芳香烴和硫分 >> 原油密度產生差異的原因是石蠟和芳香烴含量的差異：尼日利亞和阿爾及利亞的原油密度最小，爲0.8 g/cm3，而許多中東國家，如沙特和伊朗的原油的密度可高達0.9 g/cm3。最輕的原油幾乎不含石蠟，傾點也是最低的，甚至在-30 ℃以下也能流動，而某些石蠟含量較高的原油需要加熱到30 ℃以上才能在管道中流動。原油中的硫含量也差別巨大，包括從硫含量可忽略不計的“甜”原油到硫含量超過3%的“酸”原油 普通蒸餾和熱裂解差異 >> 最初，精煉的方式是簡單的熱蒸餾，這種方法可根據原油中各種成分的沸點將它們分離出來，並得到不同的餾分物：石油氣的沸點低於40 ℃，石腦油和汽油的沸點是40 ℃～200 ℃，之後煤油（航空燃料）、柴油、潤滑油和重油的沸點越來越高。剩下的固體餾分物包括石油焦、瀝青、焦油和蠟。遺憾的是，世界上大多數原油的密度都比較大，直接精煉產生的大都是中等燃料油和重燃料油，而不是價值更高的汽油和煤油。 1913年，威廉•伯頓（William Burton）開發出了原油熱裂解技術，這種技術通過組合性地使用熱與高壓，可將更重的、鏈長的碳氫化合物分解成更輕的餾分物。 嗨，我去過格羅寧根。 >> 巨型的荷蘭格羅寧根氣田的發現、 所以俄羅斯最厲害的是天然氣。 >> 俄羅斯的天然氣儲量大約佔全球已探明儲量的1/3，伊朗、卡塔爾和沙特阿拉伯緊隨其後；中東地區的天然氣儲量全部加起來才能與俄羅斯媲美。 16MW時期已來 >> 最大型的風力渦輪機的容量已從20世紀80年代早期的50 kW增長到了2000年的1 MW以上，且高達5 MW的風力渦輪機正在開發當中。 ◆ 5 日常生活中的能量：從膳食到電子郵件 革命性的發明，可惜去實向虛的GE轉型作S >> 通用電氣公司1995年推出的GE90渦輪風扇發動機具有創紀錄的高涵道比(91)——達9.0（見圖5-4）。如今的渦扇發動機可在20秒之內讓飛機升空，這能大大減少恐飛人士所經受的精神痛苦！ [插圖] 圖5-4　GE90渦扇發動機的剖面圖 能源與物質的結合點。 >> 這些比值說明了現代農業越來越依賴外部的能量補充。正如著名生態學家霍華德•奧德姆（Howard Odum）在1971年說的那樣：“我們現在喫的土豆有一部分是石油做的。”但是，我們並不能直接簡單地將農產品含有的能量視爲能量效率指標，我們喫西紅柿並不是爲了獲取能量，而是想要品嚐它們的味道以及獲取其含有的維生素C和番茄紅素，而且我們也沒法食用柴油（某些細菌可以）。此外，在所有發達國家中，食物的總能量成本主要由加工、包裝、長途運輸（通常包括冷藏或冰凍）、零售、購物行程、家庭冷藏、烹飪和清洗餐具所決定。這些活動的能量成本至少是農業生產的能量成本的2倍，而且很多時候甚至可達到3～4倍。 ◆ 6 未來的能量：趨勢和不可預測的未知 對於人類而言，所有的能源都是廣義的太陽能。 >> 水力能源是唯一一種通過現代技術便得以廣泛利用的間接太陽能，除了在歐洲、北美和澳大利亞之外，還存在相當大的潛力有待開發。對於另一種主要的間接太陽能——風能 已經改變 >> 但到目前爲止，通過光伏發電將太陽能直接轉化爲電能的方式僅在一些可以忍受高成本的小規模利基市場取得了成功。 進步過程中變精緻，但資源已經不足，這好難。 >> 這是因爲水能在人們的認知觀念中發生了重要的轉變：從一種清潔的、可再生的且對環境友好的資源變成了一種更具爭議性的資源，人們開始擔憂其對社會和環境造成的破壞，並質疑其經濟可行性。其結果是國際和國內對裝機容量達數吉瓦的電站等超大型工程的反對聲音日益高漲，政府和國際貸款機構爲此類開發項目提供資金的意願也明顯下降。瑞典已經禁止在該國的大部分河流上再興建水電站，挪威也已擱置所有計劃，美國在1998年之後，其大型水壩的退役速度已經超過建造速度，而亞洲和拉丁美洲的許多國家已經出現了公衆強烈抗議新項目的情況，其中具有代表性的是印度。 莫名樂觀，但歷史已經不斷證明是對的。 >> 我們可以相信如今的機會遠勝於過去。

非常硬核的科普，讀完可以讓我們對能量的理解有一個非常全景式無死角的理解。 至於能源新趨勢，講得還是不夠透徹。 我大膽預測：未來是核能與大洋能的世界，尤其是可控核聚變就是人類清潔能源的未來，而配套的高壓輸電網絡，就是能源的高速公路，值得慶幸的是，我們走在前列。

譯爲《能源概論》會更準確一些，但是出版社會覺得賣不出去。 比爾蓋茨最喜歡的能源方向作家，對於能源供需側的量化分析很紮實，適合用來構築宏觀能源觀，對於各種能源趨勢也看得很準（儘快字數很少），配合《能量與文明》看更佳。唯一的毛病是書寫在20年前，有些新能源的趨勢無法體現。

最近對能源話題感興趣。這是讀的該類首本書。哈哈哈😝

算是基本的科普讀物吧，有可讀的價值，尤其因爲近期的新聞，對能源發展有那麼一點思考的我而言。 在小時候，就幻想和電視裏面的神仙一樣能御風而行、點石成金，長大一點，才明白這一切都需要巨大的能量，如果有強大的能量供應，並且身體能夠合理高效地利用這些能量，那麼神話人物的能力未必不能實現。而做到這些就涉及到能源、材料和信息。 回到當下，能源問題既是國際熱點，對於個人也有着非凡的意義。尤其這兩年，新能源成了炙手可熱的行業，我也打算長期定投一點相關的基金，因此，就在想到底是什麼原因讓新能源的發展迫在眉睫？第一可能是氣候的變化，國際氣候大會至今已近30年，爭論也越來越激烈，儘管目前科學研究似乎還難以認定人類利用能源對於氣候的影響，但是目前大國都相繼承諾要限期實現碳達峯碳中和；第二可能是政治正確，政治正確是個很奇怪的東西，比如極端環保組織、極端動保組織、變性人等等，有的國家要放棄核電、放棄水電，這個方面確實搞不懂；第三可能是發達國家的陰謀，從能源產生使用方面，發達國家顯著高於不發達國家，那些不發達的國家想實現工業化，就必須使用大量的能源，這顯然不是發達國家想看到的；第四可能是化石燃料儲量不斷減少，隨着不斷開採使用，各種分析都認爲石油開採只能維持幾十年左右，這個時間不長不短，不是長到可以高枕無憂，也不是短的讓人無所適從。因此能源問題還是要早作準備，真沒了人類可能不只是倒退，而是毀滅；第五可能人類的發展已經到了化石燃料所能支撐的最大高度，基礎物理很長一段時間沒有突破，但是應用層面還有很大的發展空間。目前限制人類應用層面突破的就是化石能源，能源總量不足，利用率不高，就造不出更好的材料，跑不出更快的速度，人類也到達不了其他星球。 個人看，當前物理理論下最終的能源目標應該是可控核聚變，當然這個需要時間技術驗證，實在難以預測。但是現階段核電站也要多建設，沒有人類就沒有環保，沒有發展也沒有環保，生存和發展是人類第一要務。

這本書好像能拓展人的聯想能力：讀完之後，看到生活中的某個物品就自動開始聯想它的原材料、整個生產過程、消耗了多少能量以及最終狀態。從能量的角度來看，整個宇宙、宇宙中的萬事萬物、曾經出現還未出現的全部生物，都在走向寂滅，走向永恆的死亡。這叫人有點傷心，有點虛無，但也感到一陣輕鬆。

通俗易懂很多知識點很有趣。 大自然的塑造源自能量流動，人類社會發展源自對能量的利用。近一個世紀由於煤炭和原油等化石燃料無節制使用造成生態失衡亟需改變。 作者給出的建議是：最合理的未來能量供應戰略應是在提升能量轉化效率的同時，減慢總體能量需求的增速。應該在開發創新核反應堆原型的基礎上靈活保留核能選擇，還應在保證經濟可行性和環境可接受度的同時，儘快提升非化石燃料所佔的能源比重。

很棒的小冊子。書名譯得比較大衆，內容還是有點硬核。1，4，6章尤其精彩

大體的講述了能量的流通過程，對於一個理工科的來講，有點簡單了。值得快速一讀。