石油能源
能源是执行工作的基本能力. 它不仅能够像供暖和烹饪一样为基本的人类需求提供动力，而且还可以推动技术进步, 经济发展, 和社会复杂性. 从燃料到燃煤电源, 从风船到核动力船, 类型, 密度, 能源的效率直接塑造了人类改变自然的能力, 提高生产率, 并建立复杂的社会. 没有连续的能源供应和提高效率, 不会有城市化, 劳工司, 或全球化. 了解能量历史是了解人类文明本身的关键.
能源使用的变化定义了人类历史的主要阶段. 以历史学家为基础. 箭牌的框架并将其扩展到现代时代, 我们可以将能源历史分为三个主要阶段:
这段长期依赖生物量 (木头, 稻草), 动物力量, 和自然力量 (风, 水). 能量密度极低 (通常 <0.5 W/m²), 限制生产率, 人口增长, 和社会复杂性. 社会是农业人, 小规模, 并且容易受到环境极限的影响. 森林砍伐和生态压力通常遵循木材燃料过度使用.
由蒸汽机的发明标记, 这个时代看到了煤炭的大规模剥削, 油, 和天然气. 高能量密度 (20–50 W/平方米或更多), 化石燃料助长了工业革命, 全球城市化, 和快速的经济扩张. 然而, 这也导致过度消费, 污染, 和气候变化.
社会正在转向干净, 低碳, 可再生能源系统响应资源耗竭和气候危机. 太阳的, 风, 核 (特别是高级反应堆), 氢, 生物质是主要来源. 目标是接近零或负碳能周期, 不仅代表技术转变，而且代表人类发展模型的根本变化，从提取到共生. 这种过渡将重新定义全球行业, 能源地缘政治, 和治理.
历史上, 能量范式的每一个转变都是长期的结果, 多方面的影响，而不是突然的转化. 主要驱动力包括:
创新是能源过渡的最直接引擎. 从改善的蒸汽机和内燃机到高效光伏电池, 大型风力涡轮机, 并可能在未来进行核融合, 技术进步不仅提高了能量提取和转换的效率，而且还为能源使用的全新途径开辟了. 曾经是不切实际或效率低下的资源在经济上可行.
传统能源的局限性或精疲力尽的威胁使人类寻求替代方案. 例如, 在18世纪, 英国对木材的快速增长超过了森林的可持续供应, 触发“木危机,”直接刺激大型采矿和煤炭的使用. 今天, 对“峰石油”和化石燃料的有限性质的担忧是向可再生能源转变的重要全球动机.
随着能源使用的扩大, 它的环境影响越来越明显. 工业城市的严重空气污染 - 例如臭名昭著的伦敦烟雾, 导致19世纪末和20世纪初的能源结构和燃烧技术的改进. 在21世纪, 化石燃料燃烧引起的温室气体排放引起的全球气候变化已成为人类最紧迫的挑战, 促使各国设定还原目标并加速绿色能源过渡.
随着技术成熟和规模经济的生效, 可再生能源的成本继续下降, 使其在全球能源市场中越来越具竞争力. 例如, 最近几年, 电力的水平成本 (酒精) 对于太阳能和风力发电，许多地区都低于新建的化石燃料发电厂, 为能源过渡提供强大的市场动力.
对特定能源的过度依赖可以带来重大的国家安全风险. 全球石油危机表明，依赖进口化石燃料的国家容易受到地缘政治动荡的影响. 开发多样化和局部的可再生能源可以增强能源独立性并加强国家安全.
这段长期以人类与自然力的直接互动为标志. 火的驯化是最重要的早期能源革命. 北京附近的朱库尼亚人的证据表明，早期的同性恋智者已经学会了控制周围的火 500,000 几年前. 火为温暖和烹饪提供了热量 (大大改善营养吸收), 被用来制造工具 (陶瓷, 淬灭金属), 提供照明, 驱除野生动物, 并帮助改变环境 (砍伐和燃烧的种植). 然而, 早期使用效率低下, 大量损失, 并收集燃料 (主要是柴火) 是劳动密集型的.
随着农业文明的兴起, 生物质成为主要的主要能源, 考虑到结束 90% 能源消耗. 农业生产严重依赖人类和动物劳动. 尽管这增加了对土地生产率的依赖, 它还强调了可持续土地使用的限制和木材的缓慢续订性, 限制社会发展的规模. 几个古代文明, 例如已故的罗马帝国, 由于过度森林砍伐而遭受工木短缺和环境退化, 反映有机能源时代的固有约束.
并联, 人类逐渐利用自然力量. 最早 200 公元前, 波斯在波斯使用垂直轴风车进行研磨和灌溉, 在利用风能方面展示了早期的人类创造力. 在汉朝, 中国广泛采用的水力锤 (shuidui), 达到大约的液压效率 30%. 虽然这些自然力量的用途通常是特定于区域的和小规模的, 他们为自然力量的工业时代应用奠定了基础.
The first true “energy revolution” began with the large-scale use of coal. 在18世纪中叶, 英国受益于丰富的煤炭储量，并面临“木危机”。蒸汽机技术的突破, 尤其是詹姆斯·瓦特（James Watt）在1760年代对纽康引擎的改进, 提高了大约的热效率 1% 结束 5%, 大大减少煤炭消耗. 这使得蒸汽发动机可以在采矿中商业应用, 纺织品, 冶金, 和其他行业.
煤炭动力蒸汽机提供了前所未有的集中和大规模电源, 转换生产模式. 工厂取代了分散的研讨会, 机器生产取代了手动劳动, 因此引发了第一次工业革命. 英国的煤炭产量从大约飙升 3 百万吨 1700 到 225 百万吨 1900, 成为“世界车间”的骨干。
煤炭的高能密度和可运输能力 (与木材相比) 扩大了生产活动的地理范围，并实现了铁路和轮船等新型运输技术. 这有助于拆除地理限制, 刺激了全球贸易, 并加速城市化. 能源投入和经济产出之间出现了强烈的积极反馈循环: 煤炭提供廉价的电力→提高工业生产力→经济增长→更多投资能源r&D和基础设施→能源效率和可及性的进一步提高. 例如, GDP每吨煤炭的产量从1.2英镑上升 1800 至4.7英镑 1900 (历史货币价值), 展示能源效率和经济繁荣如何相互加强.
20世纪通常被称为“石油世纪”和“电气化时代”。油, 具有高能量密度，易于运输和精炼, 迅速上升到突出. 内燃机技术的成熟, 特别是其在汽车和飞机中的应用, 是石油繁荣的主要驾驶员. 亨利·福特（Henry Ford）的装配线生产使普通家庭负担得起汽车, 全球石油消费从大约飙升 190 百万桶进 1910 到 17 十亿桶进 1970. 这个变换的城市设计, 流动性模式, 甚至地缘政治动态. 石油不仅用作燃料 - 下游产品, 例如塑料, 肥料, 和合成纤维, 成为现代工业和日常生活的基础.
同时地, 电气化革命展开了. 干净, 灵活的, 容易传输, 和可控的二级能量形式, 电力显着提高了能源利用的效率和便利性. 在 1882, 托马斯·爱迪生（Thomas Edison）建造了世界上第一个商业中央电源站 - 纽约的Pearl Street Station，标记了现代电力网的诞生. 电力为新工业领域 (例如。, 电器, 电信), 彻底改变了家庭生活 (例如。, 电灯, 家用电器), 并大大提高了生产率. 全球发电从大约飙升 5 十亿千瓦时 1900 大致 15 万亿千瓦时 2000. 电力成为现代社会中最重要的能源载体, 最初是基于煤炭的生成，但逐渐包括水力发电, 油, 和天然气.
到20世纪中叶, 人类学会了利用原子能. 在 1954, 苏联的奥伯宁克核电站成为第一个连接到电网的人, 将核能的进入是一种非常高密度的新能量形式. 核电发电不产生温室气体, 需要最小的燃料, 并提供稳定的输出. 尽管像切尔诺贝利和福岛这样的危机引发了公众怀疑和发展挫折, 核电仍然是低碳基利亚电力的主要来源, 会计 10.4% 通过 2020, 并在法国等国家充当关键电源.
这个世纪的能量进化, 以其前所未有的规模和步伐, 人口增长有能力, 经济繁荣, 和技术进步. 然而, 它还播种了种子，以应对未来的挑战.
化石燃料的显着成功也带来了不可避免的结构矛盾和深处的困境:
化石燃料是数亿年前通过地质过程形成的有机物的遗迹，是不可再生的资源. 虽然不断添加新近证明的储备金, 总储量最终是有限的. 根据BP和其他组织的统计数据, 以目前的消费速度, 经过验证的石油储备, 天然气, 预计煤炭将持续 53, 54, 和 132 年, 分别. 这些资源的分配不均匀意味着能源供应高度集中在几个地区, 导致供应中断和价格波动的潜在风险.
化石燃料的燃烧是大气温室气体浓度急剧增加的主要原因, 主要是二氧化碳. IPCC评估报告连续指出，自工业革命以来的累积排放导致了全球变暖, 触发极端天气事件, 冰川融化, 海平面上升, 和生物多样性的丧失, 除其他严重的生态危机. 之间 2010 和 2019, 化石燃料的排放量总计 340 十亿吨, 会计 31% 自工业革命以来的总排放量. 这不仅威胁着生态系统的稳定性，而且对人类生存和发展构成了长期风险.
全球石油和天然气资源的高地理集中度使能源供应国际政治斗争和地缘政治冲突的关键因素. 历史能源危机 - 例如 1973 和1979年 - 与地缘政治事件密切相关. 石油化系统, 欧佩克等组织, 控制主要的能源运输路线都为复杂的地缘政治景观做出了贡献, 使能源供应安全成为国家的关键战略关注.
环境污染和健康危害: 除了温室气, 化石燃料的燃烧产生大量的空气污染物, 例如颗粒物, 二氧化硫, 和氮氧化物, 对人类健康构成严重威胁, 包括呼吸系统和心血管疾病. 在采矿和运输过程中，土壤和水资源也可能受到污染.
对气候变化的科学理解继续加深, 并且已经出现了广泛的共识. 政府间气候变化面板 (IPCC), 特别是在其1.5°C全球变暖的特别报告中, 已经发出了明确的警告: 将全球平均温度的升高限制为高于工业前水平的1.5°C以内，并避免气候变化的最大灾难性后果, 必须减少全球温室气体排放 45% 从 2010 级别 2030, 和零排放 (碳中立性) 必须在周围实现 2050.
这意味着化石燃料的优势必须在接下来的两到三十年内迅速逐步淘汰, 腾出空间 零- 或低碳能源. 时间表非常紧, 需要前所未有的速度和能源系统转换的规模. 实现碳中立并不是一件容易的事，它需要政府的共同努力, 企业, 研究机构, 和全球公共, 以及政策的协调创新, 技术, 和市场机制. The brevity of this “transition window” constitutes both the defining feature and the most formidable challenge of today’s energy transition.
回顾人类能源使用的历史, 我们可以汲取几个有价值的课程:
技术创新作为核心驱动力: 蒸汽机的突破, 内燃机, 发电机是过去能源革命的关键. 未来的能源过渡同样取决于不断开发和商业化技术，例如可再生能源, 核能, 氢, 和储能.
基础设施发展至关重要: 从运河和铁路网络用于煤炭运输, 到电网进行电力传输, 以及未来的智能电网和氢管道, 建筑和升级基础设施是使大规模采用新能源的基础.
政策指导是必不可少的: 政府政策支持, 例如补贴, 税收优惠, 碳定价, 和监管标准, 在能量过渡的早期阶段至关重要. 这些工具有助于转向投资, 降低新技术的风险, 并培养新兴市场.
能源过渡是一个系统的项目: 它不仅涉及能源生产的变化，还涉及传输, 分配, 消耗, 甚至更广泛的经济结构. 这需要跨部门和跨行业协调.
社会接受塑造步伐: 历史上, 新能源形式的传播经常伴随着社会适应和兴趣重新调整. 公正的能源过渡必须优先考虑公平，以避免加剧社会不平等现象并确保广泛的公众支持.
下一篇文章将告诉您“全球能源过渡路径和系统重塑”, 关注ZMS电缆FR为您带来更多内容.
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