上周，我们讨论了人类历史上所有主要的能源革命。我们看到更好的能量形式取代了过时的能量形式。

所以看起来我们几乎已经淘汰了木材和煤炭，但我们仍然依赖石油和天然气，对吧？

呃哦。事实是，我们仍接近木材、煤炭和石油的消费高峰期——而天然气消费正在爆炸式增长。那是因为尽管它们在消耗的能量中所占的比例正在减少，但我们消耗的能量要多得多。

我们知道我们需要尽快摆脱这种模式。那么会发生什么呢？

1.能源

我们在上一篇文章中提到，所有早期能源都归结为太阳。但这不再是事实了。据我们所知，基本上有四种：太阳、地球、月球和原子。

正如我们所见，每当人类找到一种利用更多能源的新方法时，它就向前迈进了一大步：畜牧业、水车、帆船、煤炭……

如果我们想让人类进步到下一个阶段，我们就需要增加我们利用的能量。精力充沛。糟糕的是以一种代价高昂的方式来做这件事。不幸的是，我们没有朝着正确的方向前进，不仅仅是因为化石燃料的消耗。

当然，这恰好符合美国生产力的大停滞：

能源下滑不是生产力放缓的唯一罪魁祸首，但它是一个贡献者。

发达国家的人均能源使用量过去呈指数增长，但现在已经下降，反而下降了。

这本身并不好：我们喜欢能量！我们喜欢大量使用它！它在我们冷的时候温暖我们，在我们热的时候让我们精神焕发，照亮黑暗，为我们的电脑供电，并帮助我们做任何我们需要帮助的事情。

人均能源消耗减少的好处在于，这意味着我们的污染更少。但这迫使我们在使用能源和环境之间做出不幸的权衡。为了可持续发展，它减少了我们的繁荣。如果我们不需要这样的权衡呢？这就是能源的未来需要提供的。

上面的模式告诉我们实现这一目标的能源选择。首先，在能源生产方面：

• 太阳能——热太阳能或光伏

• 风

• 潮汐

• 核裂变

• 核聚变

• 地热

其中，光伏似乎比热太阳能更好，风能似乎受到限制1 ，裂变不受欢迎，聚变还很遥远，潮汐和地热都处于早期阶段——尽管地热非常有前途。这意味着我们现在最好的选择是光伏、风能和核裂变。如果我们希望人类达到下一个繁荣水平2 ，我们必须解锁其中的部分或全部。

然而，这不仅仅是关于来源。正如我们本周早些时候看到的电力或内燃机的价值一样，能源的其他方面与资源同样重要。这些是什么？

2.能源需求

您不只是想产生能量并使用它。您希望能够以尽可能简单、便宜和清洁的方式转换、存储和运输它。

转型

这是公元前一万年。你和你的 20 个人住在一片大森林附近。你想建一个土墩。

你在这些树中储存了充足的能量！但是你能利用它来建造那个土墩吗？不，因为你没有办法将以化学方式储存在这些树木中的太阳能转化为移动土壤的能量。你甚至不能用这些树来养活人们，这样他们就会生更多的孩子，氏族就会壮大，最终会有足够的肌肉来建造一个土墩。顶多烧点树做饭，烧点树灰用来肥土。但这是将树木转化为可用能量的一种极其低效的方法！肌肉可以做木头做不到的事情。

相反，木头可以做肌肉做不到的事情。又黑又冷的时候，你不能用氏族的肌肉能量来获得热量和光。最多你们可以聚在一起取暖，但这不是很方便，而且会妨碍任何人工作。光根本不可能从肌肉中获取，只能从木头中获取。

过去，人们需要一种特定的能源来满足各种用途。那很不方便。因此，将能量从一种形式转换为另一种形式的技术非常有用。

驯养动物是实现这一目标的早期方法，将植物的能量转化为灵活的电力、食物和交通工具。

烤箱使我们能够将热量转化为工业过程。

内燃机使我们能够将储存在化石燃料中的化学能转化为运输能源。

最大的突破可以说是蒸汽机：它使我们能够将热量转化为多种运输和动力用途。你可以用它来驱动火车、汽船或任何类型的机器。

这也是电力如此宝贵的核心原因之一。它不是权力的来源或使用。是个中介。但它的用途极其广泛：您几乎可以将任何能源转化为电能，然后您几乎可以在所有用例中使用电能。

运输

电的价值还在于其近乎神奇的一面：它使我们能够瞬间3通过电缆将能量传输到很远的地方4 。

正如我们上周所说，能源运输的重要性是树木必须种植得如此靠近城市的原因，或者为什么煤炭需要这么长时间才能广泛用于取暖的原因。

这也是石油取代煤炭的原因之一：作为一种液体，它更容易通过管道运输——这对煤炭来说是不可能的。同样，内燃机优于蒸汽机的原因之一是，与将煤装入炉子相比，将油装入油箱要容易得多。

因此，我们需要我们的能量易于转换和运输。在这两者中，电都会发光。

还有什么？

贮存

能量储存一直是个问题。例如，在 19 世纪的密西西比河谷，玉米被转化为波旁威士忌或火腿，这样它就不会变质（“这样它所含的能量就不会以食物的形式流​​失”）。威士忌还具有每单位重量含有更多卡路里的优点，因此更便于运输。在铁路出现之前，运输成本如此之高，这是很有价值的。

如果我们回到我们的主要能源类型，木材和煤炭的巨大优势之一就是它们非常容易储存：只需将它们放在干燥的地方即可。

太阳和风根本无法储存，而水是最可储存的能源：把它筑坝就行了。

石油需要油轮，天然气需要冷冻压缩，或者塞进庞大笨重的储藏室。但它们是可行的。这就是为什么各国拥有这些东西的战略储备，但只有几个月的价值。

存储需求与可用性需求相关联。当你需要使用它时，你需要你的能量，而不是在其他时间。如果您需要等待能量可用，那是在浪费时间。它一直是水手或磨坊主等待风的祸根，汽车司机不得不去加油站加油，骑马者不得不等待马吃饱和休息，或者太阳能发电厂等待太阳升起。

由于您可以储存石油和天然气，因此您可以随时使用它们。

电是最棘手的。它需要保存电池，众所周知，制造起来既困难又昂贵。但至少电力可以以风能和太阳能等可再生能源无法储存的方式储存，这就是为什么我们在储存它们之前将它们转化为电能。尽管如此：

这就是著名的鸭子曲线，这是大多数国家迟早要面对的问题。它基本上显示了春季加利福尼亚州一天中不同时段所需的能量，不包括太阳能和风能。如您所见，在晚上，加利福尼亚需要大约 15-20 GW。但是到了中午，它每年需要的能量越来越少。如此之多以至于现在，在太阳能发电高峰时段，产生的能量多于消耗的能量。这是有问题的，因为这意味着增加更多的太阳能并没有多大帮助，而且每个新的太阳能装置实际上都会减少现有太阳能运营商赚取的钱。这都是因为我们不能轻易储存太阳能。

但至少，我们已经可以使用电池在一夜之间节省能源。它很昂贵，我们失去了一些，但我们可以做到。这使我们处于与燃气照明与电照明类似的位置：虽然直流电价格昂贵且有损耗，但它与燃气相比并不是很有竞争力。但是当交流电取代它时，电力损耗下降，电照明变得比燃气照明便宜得多，它最终取代了它。

不幸的是，我们在季节性储存方面遇到了更大的问题。我们可以在 6 月拥有我们想要的所有太阳，但如果我们在 12 月没有太多，我们仍然需要其他能量。

这告诉我们什么？如果我们想要一场新的能源革命，我们需要一种非常便宜的方式来储存电力。这显然意味着电池需要继续快速改进以实现夜间蓄电。我们仍然需要廉价的季节性存储。这将是充分释放太阳能和电力组合的关键技术。

与存储相关的另一件事是我们如何消耗电力。

热量下降了，照明在总能量中所占的比例很小。我们需要更多的电力用于工业用电，正如我们所看到的，用于交通运输的能源不断增长。

这意味着我们需要记住，弄清楚如何为运输储存能量至关重要。

能量密度

这带来了另一个问题，即能量密度，与能量储存和运输有关。

由于四处移动能量很昂贵，你希望能量尽可能密集，所以几克的东西会给你很大的力量。

这就是为什么煤油在航空中如此普遍的原因：它每公斤含有一吨能量，当你飞行时，每一公斤都很重要，因为维持飞机飞行需要大量能量。这就是为什么喷气机重量的大约30-45%是它的燃料（燃料分数）。在燃料比例超过 90% 5的火箭中，这是一个更大的考虑因素。

这在汽车中不太重要，因为汽车重量通常只有 5% 或更少是燃料。但对于电动汽车来说却并非如此，其电池约占汽车重量的25% 。

事实上，使用电力线传输系留电力既简单又便宜。但是当你需要解开某些东西时，你就会遇到能量密度的问题。这就是为什么电动火箭，甚至是飞机， 是今天烟斗的梦想：在大多数情况下，电池太重而无法自行携带。

便宜的成本

我们看到的是，新能源在更便宜之前永远不会取代旧能源：

• 直到运输成本降低到足以使其更便宜时，煤炭才取代木材。

• 煤炭用了几十年才取代风，因为风是免费的。克服这种成本差异需要许多其他优势。只有当成本效益被证明是积极的时候才会发生：当贸易商注意到蒸汽机的可用性和灵活性使得帆船难以获得贸易机会时。

• 煤气灯更换蜡烛需要时间，因为它需要前期投资。公司负担得起，并且是第一批这样做的。但它首先进入了较富裕的家庭，然后才流下来。

• 直到交流电变得更便宜，电灯才取代煤气灯。

• 当内燃机变得比蒸汽机便宜时，它就取而代之了。之前没有。

换句话说：我们可以随心所欲地担心气候变化，但唯一真正有所作为的不是公共行动。不排放 CO ₂的能源成本低于化石燃料。

有趣的是，我们还可以预测，从现在开始，热泵将开始取代燃气供暖。不幸的是，这需要改变家庭和工业设施。这需要前期成本，这会延迟它，就像电力取代燃气照明需要时间一样，因为它需要在家中安装新的电线。然而，如果能源变得更便宜，与燃气供暖的差距可能会变得如此之大，以至于投资变得不费吹灰之力。

便于使用

这是使一种技术反对另一种技术的另一件事。电灯比蜡烛或煤气灯更容易处理。把煤扔进蒸汽机比处理复杂的帆更容易。你可以为你的马买饲料，把它带回家，每隔几个小时给你的马喂一次，清洗你的马，照顾它，打电话给兽医……或者你可以把喷嘴插入你的汽车油箱。

在这里，我们再次有一个明显的赢家：电力。

在发电方面，困难是核能的主要缺点之一：它很危险，因此需要大量的主动管理，这会增加成本。同时，石油特别容易处理，这也是它无处不在的原因之一。

清洁度

如果一种能源便宜但肮脏，人们就会消费它：在大多数情况下，他们宁愿省钱也不愿保护自己的健康6或环境。

但随着不同能源的成本变得具有可比性，清洁度再次变得重要。蜡烛和煤气燃烧的黑点是改用电灯的一个很好的理由。

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结论

这是我们所知道的：

• 发达国家的能源消耗正在放缓。这对环境有利，但对经济发展不利。如果我们希望人们拥有无限的机会，我们就需要增加能源消耗。

• 然而，我们需要以一种让地球变得更好而不是更糟的方式来做这件事。一个充满更多能量和更多可持续性的世界。

• 幸运的是，我们可以依赖的三种能源不会排放 CO ₂ ：风能、太阳能和核能。我们需要推动所有这些，尤其是最有前途的（太阳能）和最不受欢迎的（核能）。

• 我们已经发明了完美的能源中介：电。改造运输成本低廉，使用方便，清洗方便。它的主要缺点是存储。

• 不幸的是，这也是我们拥有的三种最有前途的能源的弱点。核能可以储存起来，但很难提高或降低其发电量。同时，太阳能和风能无法储存。这意味着供需无法轻易满足。解决这个问题的唯一方法是更好的存储。

• 与风能和太阳能的每日和季节性高峰相比，供需之间最大的不匹配是需求的每日高峰和低谷。

• 这意味着我们绝对需要弄清楚隔夜蓄电。电池是我们最好的选择。我们需要这项技术尽快进步。

• 对于交通来说尤其如此。特斯拉在这方面处于领先地位真是太好了。

• 但是电池不太可能用于船舶，尤其是飞机。我们需要另一种方式来为它们储存能量。

• 我们仍然需要一种方法来解决跨第 7季的能源供需不匹配问题。

换句话说：我们需要大幅降低核能、太阳能、隔夜电池储电和季节性储能8的成本。如果没有这四者，人类将很难通过进入下一个能源消耗水平来繁荣发展。

我将写下所有这些，敬请期待！

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原文： https://unchartedterritories.tomaspueyo.com/p/future-energy-revolutions