第一大气候问题:清洁能源

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更新于 Sat Apr 17 2021

猜一猜!百分之多少的全球温室气体排放来自于能源?(这包括电力、燃料,和供暖)?


能源在全球排放量中所占的比例

我们今天所做的一切几乎都需要大量的能源。

需要能源的事情举例

我们能否就用少一点呢?

一个国家的发展情形与每个公民使用多少能源 之间存在着一种关联[MITEnergyHappy,UNEnergyHappy]。

能量/发展的关联

您能发现,大约在每人5,000 千瓦时后,改善会减小。 换句话说,人均用电量超过5,000千瓦时并不会显著促进一个国家的发展。 然而,许多人均用电量低于5,000千瓦时的国家仍在发展中,而且这些国家通常没有适当的健康和教育系统。在一个理想的世界中,所有国家都将是节能的:发展良好但不使用不必要的电力。

如果地球上每个人使用的 能源 与普通美国人一样多,那么我们将使用多少呢


人均能源消耗

欧盟和美国人民可能视为理所当然的许多事情(高质量的基础设施,可靠的电力等),在撒哈拉以南非洲和部分东南亚地区是不可能的,因为那里的人民没有获得足够的能源去实现。

问题是什么?

虽然能源对于发展似乎很重要,我们使用的大部分能源都是通过对环境有害的方式生产的

一次能源来源

这个图表呈现了我们在哪里获取能源。可悲的是,84.7% 的能源来自 化石燃料 (煤、石油、天然气)。这对于气候变化来说是不好的,因为燃烧 化石燃料 会导致温室气体 二氧化碳 的产生

煤、石油与天然气每单位发电所排放的二氧化碳比其他能源(例如核能,风能,太阳能和水能)要多得多

如果这还不够,由于空气污染,化石燃料还比其他能源造成更多的死亡

哪一种能源每单位能量的生产造成了最多的死亡?


让我们看一下这些数字(我们将在后面的章节中进一步讨论它们的来源):

每太瓦时能源的死亡率和温室气体排放量

能源被用于社会的各个领域:从电力,运输燃料和供暖 到钢铁的生产与制造

本课程是关于我们如何在每个部门中找到化石燃料的替代品以减少温室气体排放。这将是一段漫长的旅程,但让我们从最基本的问题开始:

什么是能源?

人类从食物中获取能量。但是能源无处不在,只是形式不同。重要的是,能量永远不会被破坏或制造。它仅可以从一种类型转换到另一种类型

所有形式的能量都分为两个子类别

  • 动能: 运动的能量
  • 势能: 将势能想成预算。动能是你现在正在花费的钱。 而势能是你拥有且可以在你需要时使用的资金。

不同形式的能量存在这些子类别中:

能量的形式

你会明白为什么能源对发展如此重要:我们需要产生热能为房屋供暖,产生动能以驱动我们的汽车,并产生电能来照明。

能量(任何形式)都可以使用称为“焦耳”的单位进行测量。因此,如果你握有一个具有100焦耳重力势能的球,当它掉落时,会将其能量转换为100焦耳的动能,热能甚至声能。

能量转换

为什么有些能量会转化为热能?


摩擦会损失一些能量。为什么呢?就像当你将双手揉在一起会变温暖一样。这就引出了一个重要的观点:转换能量几乎从未达到100%的效率 - 一些能量会以热量散发到环境中!这在稍后的课程中将会非常重要哦。

电力是如何运作的?

电是指通过灯、电脑或烤箱等设备拉动小颗粒(称为电子)

电力有三个参数:

  • 电压: 将电子拉向另一边的强度。它是用伏特 (V) 来测量的。
  • 电流: 每秒有多少电子穿过电线。这是用安培 (A) 测量的。
  • 时间:在给定的电压和电流下,电子在线圈中移动的时间。以小时(h)为单位。

电压和电流合起来给出了以瓦特来测量的功率。这是通过以下公式来计算的:

功率方程式

使用瓦特可以使我们测量设备所需的总电量,而不管它是否会使用更高电压或更大电流。

将功率与设备使用时间相乘即可得出正在使用的电量。例如,如果一个灯泡使用60瓦的功率,那么将其运行两个小时将消耗120瓦时(Wh)的能量。这相当于432,000焦耳。

能量方程式

现在我们有了基本的知识,让我们开始研究获取能量的方法吧。下一章将介绍我们如今使用的化石燃料。了解这个之后,我们将研究取代它们的不同方法。

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