人人都该懂的能源新趋势

我几乎可以确定，这书原本的书名肯定不叫《人人能懂的新能源趋势》，出版方定这个书名，肯定是为了逢迎当下所谓的“新能源趋势”。这是一本关于能量知识的科普书，大概是十几年前的作品，你想看这方面的书，我更推荐本书作者的另一本出版于2017年的《能量与文明》一书。 说起能源，要说的第一句话还是：这世界上如果有真理的话，那么唯一的真理就是能量守恒定律。即能量即不会凭空产生也不会凭空消失。你要看一种能源，不要听别人吹什么新不新，好不好，你需要知道的是，这个所谓的新能源“能量成本”是多少，“能量回报”是多少。“能量成本”就是我们利用某种能源的的时候，需要花多少钱，这包括制作采用的原材料、人工、运输等，以及到最后使用的全过程，你不能只拿其中的某一环节来比较几种能源的使用成本。“能量回报”就是你的投入能得到多少回报，假如你投入一块钱得到10块钱的回报，那么“能量回报”就是10，如果这个数字小于1，那么你得到的回报就是负数。“能量回报”数值越小，说明“能量成本”越高。 给大家几个数值，让大家自己比较。我们通常使用的煤炭的“能量回报”在60-80之间，天然气和石油通常在80到120之间，对于处于风力最大处的大型风力涡轮机，指标可能接近20，但多数情况下小于10，对于光伏太阳能电池而言，该指标不超过2，而现代生物燃料（乙醇、生物柴油）的这一指标最多只有1.5，或者往往不是整数值，意思就是亏损的。

瓦茨拉夫•斯米尔的科普小书《人人都该懂的能源新趋势》豆瓣评分才6.4，微信读书推荐值才53.8%，但我给了个五星评分：一来因为我对此类融会贯通型书籍的偏好；二来我认为之所以分不高，还因为书籍标题存在悖论，容易陷入吓退普通群众、业内人士乍一看又瞧不上的境地；三来，知识面实在太广，只有真正有好奇心的读者才会怀着开卷有益的心读下去、同时，当涉及到具体专业时，必然存在偶尔不够精深、不保证新颖的破绽，这让求全责备希望读宝典的读者心生反感：毕竟FLAG立得太高。但换位思考，如果身边有这么一位大明白，用能源这根红线，将世间万物都串起来娓娓道来，即便在完整准确全面方面存在短板，那又有什么关系咧？反正我肯定会开开心心与他交朋友的。除了知识分享之外，斯米尔对需求和供给，技术与资源之间神奇的相互促进，有着贯穿始终的能源史观。在他眼里，18世纪中叶的新型鼓风炉，熔炼每单位热金属时所消耗的木炭量还不到中世纪鼓风炉的1/10，但森林植物量很快就变成了决定炼铁业未来发展的关键因素。现代原油开采受到了寻找更便宜光源的激励，这是为了替代成本高昂而且越来越少的提炼自抹香鲸鲸脂的油；“现代农业越来越依赖外部的能量补充。正如著名生态学家霍华德•奥德姆（Howard Odum）在1971年说的那样：“我们现在吃的土豆有一部分是石油做的。”但是，我们并不能直接简单地将农产品含有的能量视为能量效率指标，我们吃西红柿并不是为了获取能量，而是想要品尝它们的味道以及获取其含有的维生素C和番茄红素，而且我们也没法食用柴油（某些细菌可以）。此外，在所有发达国家中，食物的总能量成本主要由加工、包装、长途运输（通常包括冷藏或冰冻）、零售、购物行程、家庭冷藏、烹饪和清洗餐具所决定。这些活动的能量成本至少是农业生产的能量成本的2倍，而且很多时候甚至可达到3～4倍”…也许这一切的起点是因为他对地球出现生命的偶然与必然的充满敬畏的信念：“重力变为原来的两倍会如何？如果地球的轨道比原有的接近圆形的轨道更偏心会如何？如果地球的旋转轴不倾斜会如何？如果地球自转一周的时间不是24小时而是240小时会如何？如果地球表面有90%的陆地而非30%会如何？如果地球大气中没有水蒸气和仅占0.038%的二氧化碳会如何？关于这些问题的答案，你可以猜猜看，反正这些都是对于生命来说不希望发生的情况。这里简单地给出最后一个“如果”的答案：地球上不会有生命存在”。所以他认为：“人类具有很好的适应变化的能力，尽管我们过往的创造、发明和创新并不能确保在未来几代人的时间里可以再次相当平稳地过渡到下一个能源时代，但基于此，我们可以相信如今的机会远胜于过去”。 点评和摘录~ ◆ 1 我们所认知的能量：热力学定律和度量方法 亚里士多德 >> Energy（能量、能源）一词与许多抽象的术语词汇如hypothesis（假设）和sophrosyne（适度）一样，是一个希腊语复合词。亚里士多德在他的《形而上学》（Metaphysics）中创造了这一术语，他将εν(1)与έργον(2)两个词组合成了ενέργεια（即energeia(3)），并将这个词与entelechia（完全的现实）关联到了一起。亚里士多德认为，维持万物存在的是与其功能相关的energeia。因此，energein这个动词的意思就是“运动、动作、工作、变化”。 21世纪初 >> 30多年后，成书于1842年的第七版《大不列颠百科全书》仅提供了一个非常简短且不科学的词条，其将energy描述为“事物的力量、优点或功效，也可用于喻指加重语气”。自那以后，或者说自休谟时代以来，这个单词在流行用语中一直都没有发生多大变化，变化的只有这个单词被误用的频率。 深刻的哲学 >> 克劳修斯继续完善了这一基本概念，并在其1865年的一篇论文中提出了entropy（熵）这一术语。entropy源自希腊语词汇τροπή（意为：转变、转换、变换），克劳修斯将其用于度量封闭系统中的混乱程度。他还明确地提出了热力学第二定律：宇宙的熵趋向于极大值。用常用的术语来说，这一定律是指：在没有任何外部能量供应的封闭系统中，可用的有用能量只会逐渐减少。煤是一种高质量的、有序的（低熵）能量载体，燃烧煤会产生热能，而热能是一种疏散的、低质量的、无序的（高熵）能量形式。这个顺序是不可逆的：散出的热能和释放的可燃烧气体永远无法重新聚合成煤。因此，热能在能量层次结构中居于一个非常独特的位置，其他所有形式的能量都可以完全转化为热能，但热能永远无法完全转化为其他形式的能量，因为初始投入的热能中只有一部分可以转变成新形式的能量。 以前没归纳过 >> [插图] 好系统啊。 >> 国际单位制指定了7种基本的计量单位：长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度。其单位既直接用于度量这7种常见的变量，也用于推导衍生出更复杂的计量单位，包括一些日常生活中会用到的相对简单的单位，比如面积、体积、密度、速度、压力，以及科学和工程领域会用到的更复杂的概念，比如力、压力、能量、电容量、光通量。对于能量领域反复出现的单位，只需质量（M）、长度（L）和时间（T）3个基本量就能推导衍生出来。 ◆ 2 生物圈中的能量：大自然的运作方式 对头 >> 重力变为原来的两倍会如何？如果地球的轨道比原有的接近圆形的轨道更偏心会如何？如果地球的旋转轴不倾斜会如何？如果地球自转一周的时间不是24小时而是240小时会如何？如果地球表面有90%的陆地而非30%会如何？如果地球大气中没有水蒸气和仅占0.038%的二氧化碳会如何？关于这些问题的答案，你可以猜猜看，反正这些都是对于生命来说不希望发生的情况。这里简单地给出最后一个“如果”的答案：地球上不会有生命存在。 ◆ 3 人类历史中的能量：肌肉、工具和机器 这也是冷知识 >> 我们有两条腿，这让我们成了唯一一种可以将呼吸频率与步幅频率脱钩的奔跑型动物。四足奔跑型动物的胸部骨骼和肌肉必须吸收前肢的冲击力，因此它们的肺部充气会被自动限制为每步呼吸一次，但人类的呼吸可以根据步幅频率做出改变。 成本效用 >> 假设人的工作功率为60～80 W，就算只进行简单的定量比较，一头牛提供的功率也相当于5个人创造的总功率，而且它只需要吃人类无法消化的草和农作物的秸秆即可。而一匹壮马每天要吃4 kg燕麦，用于种植这种谷物的土地能够产出供6个成年人食用的粮食谷物（如小麦或黑麦），但选择壮实的马所完成的工作量相当于至少10个壮汉辛劳工作一整天的工作量。只不过这样的比较仍然忽视了这样一个事实：这些动物能完成一些即使一群壮汉也无法完成的任务，而且这些动物还可以被成群结队地大规模使用，这足以完成一些用其他任何方法都难以完成的任务。 结构 >> 马身体的前半部比后半部更重（比值为3:2），因此马具有更大的前向惯性。另外，马的寿命也比牛长，而且由于马特有的身体属性，使得它们在站立时不会额外使用任何能量。和其他动物不同的是，马在站立时悬吊的韧带与肌腱会将它们的腿锁住，这样它们就无须绷紧长腿肌肉了。 那能源与工业的关系是谁拉动了谁？ >> 木炭的使用效率在提升，比如，18世纪中叶出现了一种新型鼓风炉，熔炼每单位热金属时所消耗的木炭量还不到中世纪鼓风炉的1/10，但森林植物量很快就变成了决定炼铁业未来发展的关键因素。 ◆ 4 现代世界中的能量：化石燃料驱动的文明 与时间有关。 >> 组成上，质量最差的褐煤的碳含量不到50%，无烟煤的碳含量则超过90%，烟煤的碳含量大都在70%～75%，这意味着最常用的烟煤的能量密度大约比风干的木材高50%。 从内燃机的限制到蒸汽机是需求拉动 >> 帕森斯汽轮机是首款并非基于实用主义的技术改进，而是由于热力学原理表明这种机器可能存在而全新设计出的重要机器。帕森斯并不是第一位设计汽轮机的工程师，因发明了离心式奶油分离器（在此之前所有黄油都必须人工搅拌）而闻名的卡尔•古斯塔夫•帕特里克•德•拉瓦尔（Carl Gustaf Patrick de Laval）在1882年展示了其设计的脉冲式汽轮机。但拉瓦尔的概念并不容易转化成实用的机器，因为他设计的涡轮机会将蒸汽从一个喇叭形的喷嘴喷到转子斜置的叶片上，这样的脉冲会导致转子旋转速度过快——超过40 000转／分钟（rpm），并会产生很大的离心力，而那时候没有任何一种材料可以承受这样的速度和力。 还是需求导致的供给。 >> 现代原油开采受到了寻找更便宜光源的激励，这是为了替代成本高昂而且越来越少的提炼自抹香鲸鲸脂的油，这种危险的追求已被永久记录在了赫尔曼•梅尔维尔（Herman Melville）的杰作《白鲸记》（Moby Dick）中。最终，在150 ℃～275 ℃温度范围内从原油中分离出来的无色且高度可燃的液体煤油满足了这些需求，也使得世界上一种大型的哺乳动物免于灭绝。 石蜡芳香烃和硫分 >> 原油密度产生差异的原因是石蜡和芳香烃含量的差异：尼日利亚和阿尔及利亚的原油密度最小，为0.8 g/cm3，而许多中东国家，如沙特和伊朗的原油的密度可高达0.9 g/cm3。最轻的原油几乎不含石蜡，倾点也是最低的，甚至在-30 ℃以下也能流动，而某些石蜡含量较高的原油需要加热到30 ℃以上才能在管道中流动。原油中的硫含量也差别巨大，包括从硫含量可忽略不计的“甜”原油到硫含量超过3%的“酸”原油 普通蒸馏和热裂解差异 >> 最初，精炼的方式是简单的热蒸馏，这种方法可根据原油中各种成分的沸点将它们分离出来，并得到不同的馏分物：石油气的沸点低于40 ℃，石脑油和汽油的沸点是40 ℃～200 ℃，之后煤油（航空燃料）、柴油、润滑油和重油的沸点越来越高。剩下的固体馏分物包括石油焦、沥青、焦油和蜡。遗憾的是，世界上大多数原油的密度都比较大，直接精炼产生的大都是中等燃料油和重燃料油，而不是价值更高的汽油和煤油。 1913年，威廉•伯顿（William Burton）开发出了原油热裂解技术，这种技术通过组合性地使用热与高压，可将更重的、链长的碳氢化合物分解成更轻的馏分物。 嗨，我去过格罗宁根。 >> 巨型的荷兰格罗宁根气田的发现、 所以俄罗斯最厉害的是天然气。 >> 俄罗斯的天然气储量大约占全球已探明储量的1/3，伊朗、卡塔尔和沙特阿拉伯紧随其后；中东地区的天然气储量全部加起来才能与俄罗斯媲美。 16MW时期已来 >> 最大型的风力涡轮机的容量已从20世纪80年代早期的50 kW增长到了2000年的1 MW以上，且高达5 MW的风力涡轮机正在开发当中。 ◆ 5 日常生活中的能量：从膳食到电子邮件 革命性的发明，可惜去实向虚的GE转型作S >> 通用电气公司1995年推出的GE90涡轮风扇发动机具有创纪录的高涵道比(91)——达9.0（见图5-4）。如今的涡扇发动机可在20秒之内让飞机升空，这能大大减少恐飞人士所经受的精神痛苦！ [插图] 图5-4　GE90涡扇发动机的剖面图 能源与物质的结合点。 >> 这些比值说明了现代农业越来越依赖外部的能量补充。正如著名生态学家霍华德•奥德姆（Howard Odum）在1971年说的那样：“我们现在吃的土豆有一部分是石油做的。”但是，我们并不能直接简单地将农产品含有的能量视为能量效率指标，我们吃西红柿并不是为了获取能量，而是想要品尝它们的味道以及获取其含有的维生素C和番茄红素，而且我们也没法食用柴油（某些细菌可以）。此外，在所有发达国家中，食物的总能量成本主要由加工、包装、长途运输（通常包括冷藏或冰冻）、零售、购物行程、家庭冷藏、烹饪和清洗餐具所决定。这些活动的能量成本至少是农业生产的能量成本的2倍，而且很多时候甚至可达到3～4倍。 ◆ 6 未来的能量：趋势和不可预测的未知 对于人类而言，所有的能源都是广义的太阳能。 >> 水力能源是唯一一种通过现代技术便得以广泛利用的间接太阳能，除了在欧洲、北美和澳大利亚之外，还存在相当大的潜力有待开发。对于另一种主要的间接太阳能——风能 已经改变 >> 但到目前为止，通过光伏发电将太阳能直接转化为电能的方式仅在一些可以忍受高成本的小规模利基市场取得了成功。 进步过程中变精致，但资源已经不足，这好难。 >> 这是因为水能在人们的认知观念中发生了重要的转变：从一种清洁的、可再生的且对环境友好的资源变成了一种更具争议性的资源，人们开始担忧其对社会和环境造成的破坏，并质疑其经济可行性。其结果是国际和国内对装机容量达数吉瓦的电站等超大型工程的反对声音日益高涨，政府和国际贷款机构为此类开发项目提供资金的意愿也明显下降。瑞典已经禁止在该国的大部分河流上再兴建水电站，挪威也已搁置所有计划，美国在1998年之后，其大型水坝的退役速度已经超过建造速度，而亚洲和拉丁美洲的许多国家已经出现了公众强烈抗议新项目的情况，其中具有代表性的是印度。 莫名乐观，但历史已经不断证明是对的。 >> 我们可以相信如今的机会远胜于过去。

非常硬核的科普，读完可以让我们对能量的理解有一个非常全景式无死角的理解。 至于能源新趋势，讲得还是不够透彻。 我大胆预测：未来是核能与大洋能的世界，尤其是可控核聚变就是人类清洁能源的未来，而配套的高压输电网络，就是能源的高速公路，值得庆幸的是，我们走在前列。

译为《能源概论》会更准确一些，但是出版社会觉得卖不出去。 比尔盖茨最喜欢的能源方向作家，对于能源供需侧的量化分析很扎实，适合用来构筑宏观能源观，对于各种能源趋势也看得很准（尽快字数很少），配合《能量与文明》看更佳。唯一的毛病是书写在20年前，有些新能源的趋势无法体现。

最近对能源话题感兴趣。这是读的该类首本书。哈哈哈😝

算是基本的科普读物吧，有可读的价值，尤其因为近期的新闻，对能源发展有那么一点思考的我而言。 在小时候，就幻想和电视里面的神仙一样能御风而行、点石成金，长大一点，才明白这一切都需要巨大的能量，如果有强大的能量供应，并且身体能够合理高效地利用这些能量，那么神话人物的能力未必不能实现。而做到这些就涉及到能源、材料和信息。 回到当下，能源问题既是国际热点，对于个人也有着非凡的意义。尤其这两年，新能源成了炙手可热的行业，我也打算长期定投一点相关的基金，因此，就在想到底是什么原因让新能源的发展迫在眉睫？第一可能是气候的变化，国际气候大会至今已近30年，争论也越来越激烈，尽管目前科学研究似乎还难以认定人类利用能源对于气候的影响，但是目前大国都相继承诺要限期实现碳达峰碳中和；第二可能是政治正确，政治正确是个很奇怪的东西，比如极端环保组织、极端动保组织、变性人等等，有的国家要放弃核电、放弃水电，这个方面确实搞不懂；第三可能是发达国家的阴谋，从能源产生使用方面，发达国家显著高于不发达国家，那些不发达的国家想实现工业化，就必须使用大量的能源，这显然不是发达国家想看到的；第四可能是化石燃料储量不断减少，随着不断开采使用，各种分析都认为石油开采只能维持几十年左右，这个时间不长不短，不是长到可以高枕无忧，也不是短的让人无所适从。因此能源问题还是要早作准备，真没了人类可能不只是倒退，而是毁灭；第五可能人类的发展已经到了化石燃料所能支撑的最大高度，基础物理很长一段时间没有突破，但是应用层面还有很大的发展空间。目前限制人类应用层面突破的就是化石能源，能源总量不足，利用率不高，就造不出更好的材料，跑不出更快的速度，人类也到达不了其他星球。 个人看，当前物理理论下最终的能源目标应该是可控核聚变，当然这个需要时间技术验证，实在难以预测。但是现阶段核电站也要多建设，没有人类就没有环保，没有发展也没有环保，生存和发展是人类第一要务。

这本书好像能拓展人的联想能力：读完之后，看到生活中的某个物品就自动开始联想它的原材料、整个生产过程、消耗了多少能量以及最终状态。从能量的角度来看，整个宇宙、宇宙中的万事万物、曾经出现还未出现的全部生物，都在走向寂灭，走向永恒的死亡。这叫人有点伤心，有点虚无，但也感到一阵轻松。

通俗易懂很多知识点很有趣。 大自然的塑造源自能量流动，人类社会发展源自对能量的利用。近一个世纪由于煤炭和原油等化石燃料无节制使用造成生态失衡亟需改变。 作者给出的建议是：最合理的未来能量供应战略应是在提升能量转化效率的同时，减慢总体能量需求的增速。应该在开发创新核反应堆原型的基础上灵活保留核能选择，还应在保证经济可行性和环境可接受度的同时，尽快提升非化石燃料所占的能源比重。

很棒的小册子。书名译得比较大众，内容还是有点硬核。1，4，6章尤其精彩

大体的讲述了能量的流通过程，对于一个理工科的来讲，有点简单了。值得快速一读。