可持續(xù)世界的能源：從石油時(shí)代到太陽能將來

第一部分地球號(hào)太空船
第1章能源挑戰(zhàn)/2
1.1我們的地球號(hào)太空船/2
1.2不平等世界中的不可持續(xù)增長(zhǎng)/4
1.2.1人口增長(zhǎng)與承載能力/4
1.2.2經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與生態(tài)惡化/4
1.2.3不平衡性/5
1.3能源和氣候危機(jī)/6
1.4應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)/6
1.5無法回避的問題/7
第2章概念和誤解/9
2.1能量的定義/9
2.2基本定律/10
2.3一次能源轉(zhuǎn)化為可用能源/10
2.4消耗能量以獲取能源：EROI/11
2.5內(nèi)能/12
2.6能量單位與轉(zhuǎn)換/13
2.7巨大的能量和電力需求/14
2.8一些能量關(guān)鍵參數(shù)/15
2.9能源普及與能源文盲/16
2.10關(guān)鍵數(shù)字：?jiǎn)拘涯茉匆庾R(shí)的算盤/17
第3章能源的歷史/21
3.1簡(jiǎn)史/21
3.2畜力/22
3.3人類奴隸和能源奴隸/23
3.4水車和風(fēng)車/24
3.5從木柴到煤炭/25
3.6蒸汽機(jī)/26
3.7機(jī)動(dòng)車/27
3.8飛機(jī)/27
3.8.1傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)/27
3.8.2噴氣式引擎/28
3.9電力/29
3.9.1早期發(fā)展/29
3.9.2信息和通信技術(shù)/29
第二部分化石燃料
第4章石油/34
4.1什么是石油/34
4.2石油的歷史、勘探、開采和產(chǎn)量/35
4.2.1歷史/35
4.2.2勘探/35
4.2.3開采/36
4.2.4產(chǎn)量/37
4.3石油運(yùn)輸/39
4.3.1管線運(yùn)輸/39
4.3.2油輪運(yùn)輸/40
4.4石油提煉/41
4.5石油儲(chǔ)存/42
4.6非常規(guī)石油/42
4.7石油化工產(chǎn)品/44
4.8石油燃料/45
4.8.1世界版圖/45
4.8.2美國(guó)及其他發(fā)達(dá)國(guó)家/46
4.8.3中國(guó)和印度/46
4.9美國(guó)對(duì)石油的依賴/47
4.10石油價(jià)格/51
4.11石油峰值和儲(chǔ)備/52
4.11.1非可再生資源/52
4.11.2石油儲(chǔ)量/53
4.11.3石油峰值/53
第5章天然氣/56
5.1什么是天然氣，天然氣來自何處/56
5.2天然氣性質(zhì)和定義/56
5.3天然氣開發(fā)簡(jiǎn)史/57
5.4天然氣的生產(chǎn)、使用和儲(chǔ)存/58
5.5液化天然氣/60
5.6天然氣加工/61
5.7運(yùn)輸、儲(chǔ)存和分配/62
5.7.1運(yùn)輸/62
5.7.2儲(chǔ)存/64
5.7.3配送/64
5.8天然氣用戶：能源和原料/64
5.8.1能源應(yīng)用/64
5.8.2天然氣作原料/65
5.9非常規(guī)天然氣/67
第6章煤炭/69
6.1煤炭是什么/69
6.2煤炭開采/70
6.3煤炭的運(yùn)輸與工業(yè)應(yīng)用/71
6.4煤炭氣化/71
6.5煤炭的生產(chǎn)、消費(fèi)和儲(chǔ)存/72
6.6碳捕獲和碳封存/73
6.7整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)/76
第7章化石遺產(chǎn)/78
7.1能源的陰暗面/78
7.1.1不平等性和外部成本/78
7.1.2貨幣化成本/78
7.1.3間接影響/79
7.2礦物燃料燃燒對(duì)碳循環(huán)的改變/79
7.2.1碳的儲(chǔ)存與流動(dòng)/79
7.2.2CO2濃度的測(cè)量/80
7.2.3溫室效應(yīng)/81
7.3人為因素導(dǎo)致的氣候變化/82
7.3.1人類對(duì)氣候變化的認(rèn)識(shí)過程/82
7.3.2冰川消融/83
7.3.3洋流干擾/83
7.3.4海洋酸化/84
7.3.5凍土融化/85
7.3.6氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響/85
7.4空氣污染與全球變暖/86
7.4.1煙塵和霧霾/86
7.4.2氣溶膠與黑碳/86
7.4.3臭氧、臭氧層耗蝕物質(zhì)和
N2O/87
7.4.4復(fù)雜的狀況/87
7.5應(yīng)對(duì)之策/87
7.6限制CO2/89
7.6.1監(jiān)管、限制溫室氣體排放/89
7.6.2CO2濃度和溫度/91
7.7空氣污染和人類健康/92
7.7.1復(fù)雜的大氣成分/92
7.7.2NOx/92
7.7.3臭氧/93
7.7.4懸浮顆粒物/93
7.7.5一氧化碳/94
7.7.6二氧化硫和酸雨/94
7.7.7重金屬/95
7.8陸地和水質(zhì)的退化/95
7.8.1原油泄漏/96
7.8.2燃煤殘?jiān)?97
7.9然后又能怎樣/98
第三部分核能
第8章核能/100
8.1核裂變與核聚變/100
8.1.1放射性、質(zhì)量和能量/100
8.1.2物質(zhì)的結(jié)構(gòu)/101
8.1.3核裂變/102
8.1.4鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)/103
8.1.5核聚變/103
8.2核裂變的能量/104
8.2.1過去和現(xiàn)在/104
8.2.2核燃料/105
8.2.3鈾資源供給/106
8.2.4核反應(yīng)技術(shù)/108
8.2.5成本和建設(shè)工期/109
8.2.6核擴(kuò)散/110
8.2.7安全與防護(hù)/111
8.2.8核廢料的處置/112
8.2.9退役和拆除/113
8.2.10其他限制因素/114
8.2.11愿景/115
8.2.12核工業(yè)復(fù)興/116
8.3核聚變民用化/118
8.3.1難點(diǎn)/118
8.3.2磁約束方法/118
8.3.3慣性約束方法/119
8.3.4一廂情愿/119
第四部分可再生能源
第9章太陽能基礎(chǔ)/124
9.1太陽光的起源/124
9.2太陽輻射和衰減/126
9.3儲(chǔ)量、分布、重要性/127
9.4太陽能的缺陷：分散性和間歇性/128
9.5太陽能的轉(zhuǎn)化：熱、燃料和電/129
第10章太陽能光熱和光電
利用/131
10.1被動(dòng)式太陽能建筑/131
10.2轉(zhuǎn)換：分布式太陽能技術(shù)/132
10.2.1太陽能熱水器/132
10.2.1.1集熱器/132
10.2.1.2水管理/133
10.2.1.3日照量/133
10.2.2太陽能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀和
趨勢(shì)/133
10.2.3地能系統(tǒng)/135
10.2.4太陽能熱電技術(shù)/136
10.3太陽能光熱轉(zhuǎn)換：太陽能流的
聚集/138
10.3.1聚光式太陽能光熱發(fā)電
技術(shù)/138
10.3.2槽式拋物面太陽能熱發(fā)電
系統(tǒng)/139
10.3.3塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)/140
10.3.4碟式斯特林太陽能熱發(fā)電
系統(tǒng)/141
10.3.5太陽能塔熱氣流發(fā)電系統(tǒng)/142
10.3.6太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的成本和碳
足跡/143
10.3.7太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)換/143
10.4光伏起源和發(fā)展/145
10.5無機(jī)光伏材料：關(guān)鍵原理/146
10.6硅太陽能電池/148
10.6.1多晶硅和單晶硅太陽能電池的
加工/148
10.6.2材料要求、循環(huán)壽命、成本/149
10.6.3非晶硅薄膜太陽能電池/150
10.7薄膜太陽能電池/150
10.8有機(jī)太陽能電池/152
10.9太陽能聚光光伏發(fā)電及其他前沿
技術(shù)/154
10.10光伏產(chǎn)業(yè)：全球化布局和市場(chǎng)發(fā)展
趨勢(shì)/155
10.11太陽能：可再生、易獲取/156
第11章太陽能燃料/158
11.1引言/158
11.2天然的光合作用/158
11.2.1一個(gè)復(fù)雜的過程/158
11.2.2天然捕光系統(tǒng)/159
11.2.3天然的反應(yīng)中心/160
11.2.4光合效率/162
11.3生物質(zhì)和生物燃料/162
11.3.1生物質(zhì)/162
11.3.2生物燃料/163
11.3.3第二代生物燃料/166
11.3.4生物燃料的前景/167
11.4未來交通運(yùn)輸業(yè)的燃料選擇/167
11.5人工光合作用/168
11.5.1太陽能的需求/168
11.5.2選擇正確的光反應(yīng)形式/170
11.5.3選擇正確的化學(xué)基底/171
11.5.4人工光合系統(tǒng)的組成/172
11.5.5人工光捕獲系統(tǒng)與反應(yīng)中心的
結(jié)合/173
11.5.6多電子氧化還原反應(yīng)所存在的
問題/174
11.5.7半導(dǎo)體催化光解水反應(yīng)/175
11.6染料敏化太陽能電池/176
11.7太陽能燃料所遇到的挑戰(zhàn)/177
第12章其他可再生能源/179
12.1水電能源/179
12.1.1水電的起源/179
12.1.2發(fā)展?jié)摿蛯?shí)際應(yīng)用狀況/180
12.1.3優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)和環(huán)境影響/181
12.1.4水電的未來/181
12.2風(fēng)能/182
12.2.1發(fā)展史概述/182
12.2.2風(fēng)電技術(shù)/182
12.2.3風(fēng)電的巨大發(fā)展?jié)摿?184
12.2.4發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢(shì)/185
12.2.5環(huán)境影響/187
12.2.6風(fēng)電成本/188
12.3海洋能/188
12.3.1潮汐能/188
12.3.2波浪能/190
12.3.3海洋熱能/191
12.4地?zé)崮?191
12.4.1地?zé)豳Y源/191
12.4.2地?zé)岚l(fā)電/192
12.4.3地?zé)嶂苯討?yīng)用/193
12.4.4優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、展望/193
12.4.5下一步：深入挖掘/194
第五部分能源載體
第13章電能/196
13.1基本概念/196
13.2照明/198
13.3傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)/199
13.3.1需求與供給/199
13.3.2基于礦物燃料火力發(fā)電站/201
13.3.2.1煤炭火力發(fā)電站/201
13.3.2.2石油或天然氣火力
發(fā)電站/201
13.3.3水電站/202
13.3.4核電站/203
13.3.5其他能源的貢獻(xiàn)/203
13.4傳統(tǒng)電網(wǎng)/203
13.5可再生能源發(fā)電/205
13.5.1間歇性和波動(dòng)性/205
13.5.2風(fēng)力發(fā)電/206
13.5.3太陽能發(fā)電/206
13.6電能儲(chǔ)存/207
13.6.1儲(chǔ)能的意義/207
13.6.2抽水蓄能系統(tǒng)/208
13.6.3壓縮空氣蓄能系統(tǒng)/208
13.6.4飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)/208
13.6.5超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)/209
13.6.6靜電能儲(chǔ)存（電容器）/210
13.6.7電池/210
13.6.7.1電池要求/210
13.6.7.2電池種類/210
13.6.8電解水制氫/212
13.7插電式交通工具/213
13.7.1混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)
汽車/213
13.7.2基礎(chǔ)設(shè)施/214
13.8智能電網(wǎng)/214
13.9走向電驅(qū)動(dòng)時(shí)代/215
第14章氫/217
14.1引言/217
14.2性質(zhì)與工業(yè)應(yīng)用/218
14.3氫氣作為能量載體：一項(xiàng)艱巨的
任務(wù)/219
14.4制取氫氣的方法/219
14.4.1“清潔煤”技術(shù)/219
14.4.2生物質(zhì)/220
14.4.3水解/220
14.4.3.1基本概念/220
14.4.3.2水力發(fā)電/221
14.4.3.3風(fēng)力發(fā)電/221
14.4.3.4太陽能光伏發(fā)電/222
14.4.3.5聚光光熱發(fā)電/222
14.4.4光致水分解制氫/222
14.4.5核能發(fā)電/222
14.5氫儲(chǔ)存/223
14.5.1一個(gè)難題/223
14.5.2液態(tài)氫/224
14.5.3壓縮氫氣/224
14.5.4金屬氫化物/224
14.5.5其他體系/225
14.6氫的運(yùn)輸和配送/225
14.6.1集中輸送/226
14.6.2分散配送/226
14.7氫燃料終端應(yīng)用/227
14.7.1燃料電池：基本概念/227
14.7.2質(zhì)子交換膜燃料電池/228
14.7.3其他形式的氫燃料電池/228
14.7.4甲醇重整制氫燃料電池/229
14.7.5直接甲醇燃料電池/230
14.8氫動(dòng)力汽車/231
14.9面向氫經(jīng)濟(jì)/232
第六部分展望可持續(xù)發(fā)展的未來
第15章前方的挑戰(zhàn)/236
15.1對(duì)于地球狀況的反思/236
15.2能源需求與供給/237
15.3能源與生活質(zhì)量/237
15.3.1聚焦錯(cuò)覺/237
15.3.2能源、肥胖與不平等/238
15.4拯救氣候/239
15.5淘汰礦物燃料/239
15.6規(guī)避核能/239
15.7生態(tài)可持續(xù)性/240
15.7.1自然資源/240
15.7.2學(xué)會(huì)知足/241
15.8為何要發(fā)展可再生能源/242
15.9結(jié)論/243
附錄你知道嗎？/245
參考文獻(xiàn)/251
索引/283