未来能源：对我们地球更佳的、可持续的和无污染的方案.pdf

未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未未来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源源：对我们地球更佳的、可持续的和无污染的方案（英）TreVOr M.Letcher著潘庭龙吴定会沈艳霞译机 械 工 业 出 版 社本书以我们可以利用的各种潜在能源为核心，从基本理论、利用技术及方法、使用范围、所产生的问题及成本等方面进行详细分析。全书共分为 4 个部分：第 1部分为化石燃料与核能，主要论述了石油和天然气、洁净煤、核能、阿尔伯塔油砂以及甲烷和煤转换成柴油和汽油技术的前景；第 2 部分为可再生能源，涉及的可再生能源类型为风能、波浪能、潮汐能、太阳能、生物能、水力和地热能等；第 3 部分为重要的新型能源，涉及的新型能源为球形燃料核反应堆、核聚变、甲烷水合物及燃料电池和电池组等；第 4 部分为未来能源的新方向，以二氧化碳的捕获与封存技术、未来的智能住宅来突出了未来能源的新方向，最后分析了到 2050 年发电和交通燃料的可能情景。本书可作为科研人员和工程技术人员进行能源研究的基础参考书籍，也可作为管理决策者进行制定未来能源解决方案的参考资料。Translation from the English language edition：Future Energy：Improved，Sustainable and Clean Options for our Planet/Edited by Tre-vor M.Letcher.ISBN：978-0-08-054808-1Copyright 2008 Elsevier Ltd.All rights Reserved.本书原版由 Elsevier 公司出版，并经授权翻译出版，版权所有，侵权必究。本书中文简体翻译出版授权机械工业出版社独家出版，并限定在中国大陆地区销售，未经出版者的书面许可，不得以任何方式复制或发行本书的任何部分。本书版权登记号：图字 01-2009-6195图书在版编目（CIP）数据未来能源：对我们地球更佳的、可持续的和无污染的方案/（英）莱楚尔（Letcher，T.M.）著；潘庭龙等译.北京：机械工业出版社，2011.4ISBN 978-7-111-33188-9.未 .莱潘.能源-研究.TK01中国版本图书馆 CIP 数据核字（2011）第 012116 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：牛新国 责任编辑：吕 潇版式设计：霍永明 责任校对：佟瑞鑫封面设计：马精明 责任印制：北京圣夫亚美印刷有限公司印刷2011 年 5 月第 1 版第 1 次印刷169mm 239mm21 印张2 插页416 千字00013000 册标准书号：ISBN 978-7-111-33188-9定价：88.00元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务社 服 务 中 心：（010）88361066销 售 一 部：（010）68326294销 售 二 部：（010）88379649读者购书热线：（010）88379203网络服务 门户网：http：/ 教材网：http：/ 封面无防伪标均为盗版杨 曦译者序面对常规能源的短缺、使用常规能源所带来的环境问题，发展新能源、可再生能源以及常规能源的新型利用技术成为我们当前以及未来所必须解决的问题。翻译本书的目的就是将国外在解决这些问题时所采用的先进技术及方法、实施的政策法规以及对未来能源的研究方向等介绍给国内读者，为正在从事能源研究的科研人员、工程技术人员、管理决策者提供有益的指导与参考。参加本书翻译的主要人员有潘庭龙、吴定会、沈艳霞、姜娟、赵芝璞；硕士研究生王笑雷、张海光、刘香霞等也参与了本书的部分翻译、文字录入与校对工作；全书最后由潘庭龙统稿。感谢纪志成教授在本书翻译过程中给予的许多宝贵意见。由于本书所涉及的领域很广泛且内容较多，而译者的知识结构及水平有限，所以不当之处在所难免，恳请读者不吝指正。潘庭龙序（一）能源是现代社会的生命线。自从工业革命以来，化石燃料对世界经济的高速发展有着深远的影响，给人类带来了前所未有的繁荣和幸福。但是，直到最近我们才开始完全认识到为此所付出的代价。化石燃料中二氧化碳的排放量和土地利用的变化，使大气层中这种温室气体的浓度达到至少 800000年所未遇的水平，甚至可能是数百万年以来未曾见过的水平。其严重后果是全球变暖，很多地区都经历了气候的变化，并且变化速度还在逐步加快。在 20 世纪，全球温度上升超过了 0.7，海平面上升超过 20cm。而在过去的12 年中，有 11 年是有记录以来的最暖的年份。很多山峰上的冰盖正在消失，最近几十年中，北冰洋在夏天和秋天冰面厚度缩减了 40%以上。2003 年的欧洲热浪仅在法国就导致了 15000 人死亡，全欧洲有 30000 多人丧生。科学迹象表明，由人类活动导致的气候变化和气温变暖已经是不可否认的事实。以我个人的观点，气候变化是人类文明目前为止遇到的最严峻挑战，并很有可能加剧其他的人类灾难，如贫穷、疾病、食物以及水安全。现在的争论不应该是“是否采取行动？”，而是“我们需要做多少？行动有多快？”我们所面临的挑战已经很清晰。我们必须减少由人类活动排放的温室气体，以及改变能源的获取和使用方式。这种挑战的背景很严酷。人口正急剧增长 全球人口预计将从现在的 66 亿多增加到 2050 年时的 91 亿。绝大部分的增长将来自于发展中国家，他们很想达到与绝大多数发达国家一样富裕的生活水平和生活方式。据世界银行报告，全球GDP 在 2006 年的增长率为 3.9%，快速的增长多数来自于发展中国家，其增长速度是高收入国家的两倍多。随着人口和财富的增长，不可避免地导致能源需求的大量增加。据 IEA（国际能源署）预测，以目前的发展趋势，到 2030 年，能源需求将以超过 50%的速度增长。过去 30 年燃料化石燃烧所排放的二氧化碳量占近 200 年内排放量的一半，如果不采取有力的干预措施，这个趋势在发达国家和发展中国家都将会以更快的速度增长。没有人可以轻视这种挑战，但是我坚信我们一定会解决这个问题。然而，不可能存在一个万全的技术方法。我们需要综合考虑多种方法，在未来 50 年中各行各业都需要对节能减排做出应有的贡献。序（一）我们必须充分利用目前已经掌握的低碳技术，并以此为出发点，首先要解决的就是能源利用率问题。有很多成熟技术可以应用于我们现在的住宅和工业中，且通常情况下为负成本。然而，通常我们不这样做。很多国家把核能作为一种规模化的、可靠的、低碳能源已经有几十年了。在充满竞争的能源市场中，我认为英国政府重新考虑替换目前核电站并寻找处理英国核电站遗留废物的长期解决方案是非常正确的选择，因为这些核电站已经到达了其运行周期的末期。值得注意的是，未来的核电发电效率将会更高，而且产生废物比目前要少。然而，新的低碳解决方式将需要长期和短期规划。所有最有前景的技术都需要开展研发和示范工作，例如可再生能源、生物燃料、氢和燃料电池以及清洁煤技术。我们需要加速碳捕获和封存技术的开发，同时减少投入，这一点至关重要；所以，21 世纪内不可避免地要投产的新的化石燃料发电，才有可能避免碳排放以指数函数形式迅速增长。现在开发和示范这些技术意味着我们可以帮助像中国和印度这些国家显著地减少由发展带来的负面影响。英国政府的斯特恩报告书建议全球研发投入应该加倍，部署的激励力度应该增加到目前水平的 5 倍。我非常赞同这种观点，我们必须彻底加大当前行动的规模。在英国，我们正在致力于建立一个新的公众/私人能源技术局，目标在 10 年内筹集到 10 亿欧元资金。届时我们希望将其发展成为全世界优秀中心网络的一部分，为更广泛的国际协作提供平台。我认为本书对未来我们可以依靠的潜在能源提供了持续的、有益的指导。Sir David KingDirector，Smith School of Enterprise and EnvironmentOxford University2 January 2008序（二）过去 120 年间，我们的社会取得了难以置信的发展，经历了马车时代到航空时代的转变。社会取得了发展，我们对碳（煤石油天然气，按这样的顺序）产生了依赖，这是事实（其实也是一种不幸）。但是，目前碳储备量日趋枯竭，可供利用的时间不多了。根据已经公布的关于石油储量与时间的图形显示，峰值可能出现在 2004 2030 年里的某个时间。期间石油公司都在钻井，但是新钻的油井成功率却非常低。地质专家坚持认为石油供应的峰值时间已经临近，大概在 2010 2020 年出现，也有一些人甚至说我们已经过了峰值时间。在讨论这一问题的紧迫程度时，很多人保持乐观的观点：“尽管石油快用尽了，但是我们有很多煤燃料，如果煤燃料也用尽，我们可以应用太阳能。”这种无忧无虑的态度忽视了研发替代能源技术所需的时间。所有的断言要得到验证，至少需要25 年的时间（对核能需要50 年以上），我们不知道2050 年以后能源将来自何处，或者我们冒着海平面上升和沿海城市消失的危险来依靠最廉价的能源 煤？新能源的选择范围很广泛，本书的最大说服力是作者绝大多数新能源进行了汇集。事实上，煤是最没有吸引力的燃料。这不仅因为它是温室气体的主要来源，而且长时间的应用也会产生悬浮颗粒。但是煤的应用依然很活跃，而且发展相当迅速，因为它有相当大的优势 发电成本仅为 2 美分/（kWh）。切尔诺贝利事件带来的核电恐慌在消失，核电正在复苏，现在的核电中通过一个装置将每一个燃料单元限制在一个小的陶瓷壳中，因此它们很难融化掉。但是核能供电给我们带来了很多其他问题，其中之一是等到大约 60 年后，虽然美国、印度和中国建成了他们的最新核电站，但是铀矿将不复存在。大量处于不同发展阶段的很难申请专利的新技术目前正在迅猛发展。这里面包括了波浪能和风能，而风能可以产生最低成本的电能。其他的一些能源也在发展之中，包括潮汐能和太阳能。利用太阳能可以使装置吸收热带水域中热量而每天工作24 小时。这种方法不仅可以用来发电和制氢，也可以产生淡水，而淡水是继能源后人类的第二大必需品。有关这方面以及其他更多的信息在本书中都进行了详细的解释及介绍。在介绍持续到 2050 年的主要能源技术竞争中那些先进方法时，作者发挥了其聪明才智。正如很多在读这本书的人可能知道的那样，有这样一个学派，他们的研究课题与卡西米尔效应、真空零点能有关；如果最终它能发展到开始进行经济效益分析这一序（二）步，那么这将是一个令人兴奋的研究课题，其中经常引起误解的“自由能”发展最为迅速，但是未必能发展到开始进行经济效益分析的程度。本书素材选择的范围很宽，从南非到英国和爱尔兰，穿过土耳其到中国。本书介绍了一系列 21 世纪早期的前沿能源，至少在未来的 10 年内，本书将是从事能源研究的独一无二的基础书籍。John OM.BockrisGainesville，Florida1 November 2007前言由于我们的文明世界不得不面对两大最棘手的问题：隐约出现的石油短缺（给我们提供了绝大多数的交通燃料），以及过去 50 年里，大气层中二氧化碳的急剧增加，这将引起全球变暖，威胁世界气候变化；基于上述原因，编写了本书，以便读者对未来能源做出合理、符合逻辑的、准确的判断。考虑到未来石油和天然气产量的减少和大气中二氧化碳含量的不断增加，本书着眼于人类可以获得的所有能源。本书与市面上其他类似标题的书籍相比风格很独特，因为每一章都是由本领域内的专家、科学家或工程师所撰写。本书分为 4 个部分：化石燃料与核能；可再生能源；重要的新型能源；未来能源的新方向。每一章都突出了特定类型能源的基本理论、实现、范围、所产生的问题及成本。包括了常规能源，因为在未来几十年中，我们仍会使用这些能源，但是我们希望有更清洁的利用方式。可再生能源的类型包括风能、波浪能、潮汐能、两种利用形式的太阳能