可持续世界的能源 从石油时代到太阳能将来PDF电子书下载

第一部分 地球号太空船 2

第1章 能源挑战 2

1.1 我们的地球号太空船 2

1.2 不平等世界中的不可持续增长 4

1.2.1 人口增长与承载能力 4

1.2.2 经济增长与生态恶化 4

1.2.3 不平衡性 5

1.3 能源和气候危机 6

1.4 应对挑战 6

1.5 无法回避的问题 7

第2章 概念和误解 9

2.1 能量的定义 9

2.2 基本定律 10

2.3 一次能源转化为可用能源 10

2.4 消耗能量以获取能源：EROI 11

2.5 内能 12

2.6 能量单位与转换 13

2.7 巨大的能量和电力需求 14

2.8 一些能量关键参数 15

2.9 能源普及与能源文盲 16

2.10 关键数字；唤醒能源意识的算盘 17

第3章 能源的历史 21

3.1 简史 21

3.2 畜力 22

3.3 人类奴隶和能源奴隶 23

3.4 水车和风车 24

3.5 从木柴到煤炭 25

3.6 蒸汽机 26

3.7 机动车 27

3.8 飞机 27

3.8.1 传统发动机 27

3.8.2 喷气式引擎 28

3.9 电力 29

3.9.1 早期发展 29

3.9.2 信息和通信技术 29

第二部分 化石燃料 34

第4章 石油 34

4.1 什么是石油 34

4.2 石油的历史、勘探、开采和产量 35

4.2.1 历史 35

4.2.2 勘探 35

4.2.3 开采 36

4.2.4 产量 37

4.3 石油运输 39

4.3.1 管线运输 39

4.3.2 油轮运输 40

4.4 石油提炼 41

4.5 石油储存 42

4.6 非常规石油 42

4.7 石油化工产品 44

4.8 石油燃料 45

4.8.1 世界版图 45

4.8.2 美国及其他发达国家 46

4.8.3 中国和印度 46

4.9 美国对石油的依赖 47

4.10 石油价格 51

4.11 石油峰值和储备 52

4.11.1 非可再生资源 52

4.11.2 石油储量 53

4.11.3 石油峰值 53

第5章 天然气 56

5.1 什么是天然气天然气来自何处 56

5.2 天然气性质和定义 56

5.3 天然气开发简史 57

5.4 天然气的生产、使用和储存 58

5.5 液化天然气 60

5.6 天然气加工 61

5.7 运输、储存和分配 62

5.7.1 运输 62

5.7.2 储存 64

5.7.3 配送 64

5.8 天然气用户：能源和原料 64

5.8.1 能源应用 64

5.8.2 天然气作原料 65

5.9 非常规天然气 67

第6章 煤炭 69

6.1 煤炭是什么 69

6.2 煤炭开采 70

6.3 煤炭的运输与工业应用 71

6.4 煤炭气化 71

6.5 煤炭的生产、消费和储存 72

6.6 碳捕获和碳封存 73

6.7 整体煤气化联合循环技术 76

第7章 化石遗产 78

7.1 能源的阴暗面 78

7.1.1 不平等性和外部成本 78

7.1.2 货币化成本 78

7.1.3 间接影响 79

7.2 矿物燃料燃烧对碳循环的改变 79

7.2.1 碳的储存与流动 79

7.2.2 CO2浓度的测量 80

7.2.3 温室效应 81

7.3 人为因素导致的气候变化 82

7.3.1 人类对气候变化的认识过程 82

7.3.2 冰川消融 83

7.3.3 洋流干扰 83

7.3.4 海洋酸化 84

7.3.5 冻土融化 85

7.3.6 气候变化对生态系统的影响 85

7.4 空气污染与全球变暖 86

7.4.1 烟尘和雾霾 86

7.4.2 气溶胶与黑碳 86

7.4.3 臭氧、臭氧层耗蚀物质和N2O 87

7.4.4 复杂的状况 87

7.5 应对之策 87

7.6 限制CO2 89

7.6.1 监管、限制温室气体排放 89

7.6.2 CO2浓度和温度 91

7.7 空气污染和人类健康 92

7.7.1 复杂的大气成分 92

7.7.2 NOx 92

7.7.3 臭氧 93

7.7.4 悬浮颗粒物 93

7.7.5 一氧化碳 94

7.7.6 二氧化硫和酸雨 94

7.7.7 重金属 95

7.8 陆地和水质的退化 95

7.8.1 原油泄漏 96

7.8.2 燃煤残渣 97

7.9 然后又能怎样 98

第三部分 核能 100

第8章 核能 100

8.1 核裂变与核聚变 100

8.1.1 放射性、质量和能量 100

8.1.2 物质的结构 101

8.1.3 核裂变 102

8.1.4 链式核裂变反应 103

8.1.5 核聚变 103

8.2 核裂变的能量 104

8.2.1 过去和现在 104

8.2.2 核燃料 105

8.2.3 铀资源供给 106

8.2.4 核反应技术 108

8.2.5 成本和建设工期 109

8.2.6 核扩散 110

8.2.7 安全与防护 111

8.2.8 核废料的处置 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 核工业复兴 116

8.3 核聚变民用化 118

8.3.1 难点 118

8.3.2 磁约束方法 118

8.3 3 惯性约束方法 119

8.3.4 一厢情愿 119

第四部分 可再生能源 124

第9章 太阳能基础 124

9.1 太阳光的起源 124

9.2 太阳辐射和衰减 126

9.3 储量、分布、重要性 127

9.4 太阳能的缺陷：分散性和间歇性 128

9.5 太阳能的转化：热、燃料和电 129

第10章 太阳能光热和光电利用 131

10.1 被动式太阳能建筑 131

10.2 转换：分布式太阳能技术 132

10.2.1 太阳能热水器 132

10.2.1.1 集热器 132

10.2.1.2 水管理 133

10.2.1.3 日照量 133

10.2.2 太阳能热水器的发展现状和趋势 133

10.2.3 地能系统 135

10.2.4 太阳能热电技术 136

10.3 太阳能光热转换：太阳能流的聚集 138

10.3.1 聚光式太阳能光热发电技术 138

10.3.2 槽式抛物面太阳能热发电系统 139

10.3.3 塔式太阳能热发电系统 140

10.3.4 碟式斯特林太阳能热发电系统 141

10.3.5 太阳能塔热气流发电系统 142

10.3.6 太阳能光热发电系统的成本和碳足迹 143

10.3.7 太阳能热化学转换 143

10.4 光伏起源和发展 145

10.5 无机光伏材料：关键原理 146

10.6 硅太阳能电池 148

10.6.1 多晶硅和单晶硅太阳能电池的加工 148

10.6.2 材料要求、循环寿命、成本 149

10.6.3 非晶硅薄膜太阳能电池 150

10.7 薄膜太阳能电池 150

10.8 有机太阳能电池 152

10.9 太阳能聚光光伏发电及其他前沿技术 154

10.10 光伏产业：全球化布局和市场发展趋势 155

10.11 太阳能：可再生、易获取 156

第11章 太阳能燃料 158

11.1 引言 158

11.2 天然的光合作用 158

11.2.1 一个复杂的过程 158

11.2.2 天然捕光系统 159

11.2.3 天然的反应中心 160

11.2.4 光合效率 162

11.3 生物质和生物燃料 162

11.3.1 生物质 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 未来交通运输业的燃料选择 167

11.5 人工光合作用 168

11.5.1 太阳能的需求 168

11.5.2 选择正确的光反应形式 170

11.5.3 选择正确的化学基底 171

11.5.4 人工光合系统的组成 172

11.5.5 人工光捕获系统与反应中心的结合 173

11.5.6 多电子氧化还原反应所存在的问题 174

11.5.7 半导体催化光解水反应 175

11.6 染料敏化太阳能电池 176

11.7 太阳能燃料所遇到的挑战 177

第12章 其他可再生能源 179

12.1 水电能源 179

12.1.1 水电的起源 179

12 1.2 发展潜力和实际应用状况 180

12.1.3 优势、劣势和环境影响 181

12.1.4 水电的未来 181

12.2 风能 182

12.2.1 发展史概述 182

12.2.2 风电技术 182

12.2.3 风电的巨大发展潜力 184

12.2.4 发展现状和未来趋势 185

12.2.5 环境影响 187

12.2.6 风电成本 188

12.3 海洋能 188

12.3.1 潮汐能 188

12.3.2 波浪能 190

12.3.3 海洋热能 191

12.4 地热能 191

12.4.1 地热资源 191

12.4.2 地热发电 192

12.4.3 地热直接应用 193

12.4.4 优势、劣势、展望 193

12.4.5 下一步：深入挖掘 194

第五部分 能源载体 196

第13章 电能 196

13.1 基本概念 196

13.2 照明 198

13.3 传统发电技术 199

13.3.1 需求与供给 199

13.3.2 基于矿物燃料火力发电站 201

13.3.2.1 煤炭火力发电站 201

13.3.2.2 石油或天然气火力发电站 201

13.3.3 水电站 202

13.3.4 核电站 203

13.3.5 其他能源的贡献 203

13.4 传统电网 203

13.5 可再生能源发电 205

13.5.1 间歇性和波动性 205

13.5.2 风力发电 206

13.5.3 太阳能发电 206

13.6 电能储存 207

13.6.1 储能的意义 207

13.6.2 抽水蓄能系统 208

13.6.3 压缩空气蓄能系统 208

13.6.4 飞轮储能系统 208

13.6.5 超导磁储能系统 209

13.6.6 静电能储存（电容器） 210

13.6.7 电池 210

13.6.7.1 电池要求 210

13.6.7.2 电池种类 210

13.6.8 电解水制氢 212

13.7 插电式交通工具 213

13 7.1 混合动力汽车和纯电动汽车 213

13.7.2 基础设施 214

13.8 智能电网 214

13.9 走向电驱动时代 215

第14章 氢 217

14.1 引言 217

14.2 性质与工业应用 218

14.3 氢气作为能量载体：一项艰巨的任务 219

14.4 制取氢气的方法 219

14.4.1 “清洁煤”技术 219

14.4.2 生物质 220

14.4.3 水解 220

14.4.3.1 基本概念 220

14.4.3.2 水力发电 221

14.4.3.3 风力发电 221

14.4.3.4 太阳能光伏发电 222

14.4.3.5 聚光光热发电 222

14.4.4 光致水分解制氢 222

14.4.5 核能发电 222

14.5 氢储存 223

14.5.1 一个难题 223

14.5.2 液态氢 224

14.5.3 压缩氢气 224

14.5.4 金属氢化物 224

14.5.5 其他体系 225

14.6 氢的运输和配送 225

14.6.1 集中输送 226

14.6.2 分散配送 226

14.7 氢燃料终端应用 227

14.7.1 燃料电池：基本概念 227

14.7.2 质子交换膜燃料电池 228

14.7.3 其他形式的氢燃料电池 228

14.7.4 甲醇重整制氢燃料电池 229

14.7.5 直接甲醇燃料电池 230

14.8 氢动力汽车 231

14.9 面向氢经济 232

第六部分 展望可持续发展的未来 236

第15章 前方的挑战 236

15.1 对于地球状况的反思 236

15.2 能源需求与供给 237

15.3 能源与生活质量 237

15.3.1 聚焦错觉 237

15.3.2 能源、肥胖与不平等 238

15.4 拯救气候 239

15.5 淘汰矿物燃料 239

15.6 规避核能 239

15.7 生态可持续性 240

15.7.1 自然资源 240

15.7.2 学会知足 241

15.8 为何要发展可再生能源 242

15.9 结论 243

附录 你知道吗？ 245

参考文献 251

索引 283