能源经济经典译丛·能源载体时代的能源系统：后化石燃料时代如何定义、分析和设计能源系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　能源已经成为现代文明社会的血液。随着人类社会进入工业文明，能源的开发利用成为经济活动的重要组成部分，与能源相关的生产、贸易、消费和税收等问题开始成为学者和政策制定者关注的重点。得益于经济学的系统发展和繁荣，对这些问题的认识和分析有了强大的工具。如果从英国经济学家威廉·杰文斯1865年发表的《煤的问题》算起，人们从经济学视角分析能源问题的历史迄今已经有一个多世纪了。

作者简介

法比奥？奥莱奇尼，意大利古列尔莫？马可尼大学、罗马智德大学教授，罗马智德大学可持续发展研究中心GEA能源与环境小组和GRA汽车研究机构创始人、协调员，古列尔莫？马可尼大学能源和力学系主任。

内页插图

目录

第1章  能源系统1．1  能源循环1．2  能源闭式循环1．3  能源系统第2章  能源2．1  能源潜力的定义2．2  地球能源平衡2．3  可再生能源2．4  不可再生能源第3章  能源载体3．1  能源运输和储存的需要3．2  时间和空间上能源运输的观点和应用范围3. 3  传输的时间和范围3．4  能源载体的特征3．5  主要能源载体分析3．6  能源载体的时代第4章  能源转换以及能源转换装置4．1  概述4．2  能源转换装置4. 3能  源转换厂第5章  分布式发电和热电联产5．1  分布式发电5．2  电能和热能联合生产：热电联产第6章  能源效应和最终用途6．1  引言6．2  热能终端用途6．3  光能最终用途6．4  机械用途6．5  电能／电子能的终端使用

精彩书摘

　　能源系统的应用　　远古生物体固定大气中的碳结构，通过数百万年的物理化学反应形成煤炭、石油和天然气，成为当代高速发展的能源密集型社会最为适用的天然能源。　　碳化石的形成周期需要上百万年的时间，远远大于其几十年的人类使用和消耗时间。因此，从人类的角度，矿物燃料的循环已经被认为是完全的开式循环。通过使用矿物燃料，我们的社会飞快地消耗大量的能源，而自然界绝对不可能以同样的速度产生新的矿物燃料。　　另外，能源消耗需要通过各种化学反应进行，这些反应会释放大量有害人类健康和环境的物质，包括：一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物（烃）、微粒以及各种其他化合物。其中二氧化碳表现出一种特殊的问题：它通过矿石燃料燃烧，以碳氧重新结合的形式释放到空气中。虽然，二氧化碳对于人类健康不会造成直接的危害，但是，短时间内大量释放在地球大气中的二氧化碳会对气候造成威胁。　　矿物能源的开式循环意味着储存在地下深层的煤、石油和天然气中“潜在”的数亿吨二氧化碳会被释放到大气中。科学界几乎一致认为如果目前这种开式循环不发生改变的话，地球气温将会持续升高。　　碳氢化合物一二氧化碳　　少数科学工作者对于二氧化碳等温室气体排放导致气温增加这一说法表示怀疑，他们的怀疑主要集中在大气中温室气体含量变化对于环境产生的影响，但并不否认温室气体对于自然平衡存在的风险。他们大多反对通过计算和预测得到的环境变化影响，而并不否认这种环境变化本身。并且他们中的大多数人也并不否认环境风险的存在。　　因此，学术界对于气候变化原因的主要观点是：　　二氧化碳增加气候不稳定性　　然而，少数人同意气候变化的原因但不赞同其结果。他们认为人类排放的二氧化碳只是造成了一种环境风险，但不会必然导致气候变化：　　二氧化碳增加一不明风险　　现有的共识是至少存在风险，比如环境失衡的风险。　　核能的供应链也具有开式循环的特点：　　放射性物质一浓缩材料一核能生产一放射性废料处置　　并且，核能问题的关键在于核能生产以及废料处理过程中存在的“风险”：放射性废料一风险　　因此，只有能源部门放弃能源开式循环的方案，才能避免环境失衡的风险。　　能源闭式循环　　虽然，根据物理定律可以从能源闭式循环中获取有效能量，但是，在能源系统中的能源载体整合却是一种浪费能源的循环。热力学第一定律表明，获取能源载体所消耗的能量至少要等于转化后的能量。而热力学第二定律表明，获取能源载体所消耗的能量总是高于热力学第一定律规定的最低能量，也就是说，转换后的能量总是低于消耗的能量。　　因此，上述简单的效率分析得出的结论是：应该尽量避免使用能源载体，因为它在一次能源的使用方面总是造成能源的损失，所消耗的能量要高于获取的能量。　　这个分析是正确的，尽管它并不全面。　　因此，有必要进行以下分析：一次能源中，可再生能源的“使用”和不可再生能源的“消耗”有着完全不同的含义。从这种情况来看，“使用”和“消耗”的概念表现出两者含义的巨大差别。能源系统不会“消耗”那些在一定时间内不可再生的地球资源，并且遵循循环，从理论上可以将资源消耗和废物形成方面的环境影响降低到零。因此，能量在通过能源载体传递的过程中，消耗的能量和获取的能量之差可以被看做是一种可接受的能量消耗成本。　　所以，尽管关于能源效率的阐释是正确的，也应该重新考虑让新的“闭式循环”成为可持续发展的能源系统。　　可持续发展的定义是基于闭式循环的基本方案，可以从可持续性的角度客观地比较不同的发展方案。事实上，可持续发展方案和不可持续发展方案的区别很明显，只有不消耗资源的发展才能被定义为可持续发展。　　能源部门的应用表明，使用人射太阳能可以让人类社会发展有可能不耗尽地球资源。在这种情况下，能源闭式循环就可以遵循“零能耗和零浪费”的原则，并且在技术上已经存在实现的可能性。　　通过开发可再生资源和整合能源载体，能源闭式循环将会真正实现。在能量系统链中加入能源载体（由适当的一次能源产生）是这种发展模式的关键概念，一旦大规模应用，它将满足人类社会和经济发展的全部能源终端的使用需求。　　……

前言/序言

能源经济经典译丛·能源载体时代的能源系统：后化石燃料时代如何定义、分析和设计能源系统 --- 图书简介 《能源载体时代的能源系统：后化石燃料时代如何定义、分析和设计能源系统》 是一部深度探讨未来能源格局的权威著作。本书并非对现有能源技术或特定经济学理论的简单综述，而是着眼于一个根本性的转变：从高度依赖化石燃料的传统体系，迈向一个以多元化、低碳化能源载体为核心的全新时代。 本书的核心价值在于其前瞻性视角和系统性方法论。它清晰地勾勒出“后化石燃料时代”的特征，并为决策者、工程师、经济学家以及政策制定者提供了一套实用的框架，用以理解、评估和构建下一代能源基础设施。 第一部分：理解转型——后化石燃料时代的界定与驱动力 本部分首先剖析了全球能源转型所面临的结构性挑战，而不仅仅是技术瓶颈。它深入探讨了气候变化、能源安全、地缘政治不确定性以及技术创新对能源系统产生的深刻影响。 “后化石燃料”的内涵界定： 作者摒弃了对单一替代能源的盲目乐观，提出了一个更具韧性和适应性的定义——一个能源系统不再以化石燃料的规模化供给为基础，而是依赖于电能、氢能、先进生物燃料、合成燃料（e-fuels）等多种能源载体的集成与优化。 跨部门耦合的复杂性： 强调了电力、交通、供热/制冷和工业部门之间深度耦合的必要性。书中详述了电力化（Electrification）在不同终端部门中的潜力与限制，并引入了“能源枢纽”（Energy Hubs）的概念，用以描述未来多功能能源基础设施的集成模式。 系统韧性与脆弱性分析： 传统能源系统往往具备高惯性和可预测性，而新的低碳系统则可能因间歇性可再生能源（如风能和太阳能）的普及而面临新的脆弱性。本书提出了评估和增强系统韧性的指标体系，包括应对极端天气事件和网络攻击的能力。 第二部分：能源载体的谱系与性能评估 本书的重点在于对“能源载体”（Energy Carriers）进行细致入微的比较分析，因为在去碳化的背景下，载体的选择和转化效率决定了系统的经济性和可行性。 电能的主导地位与局限： 虽然电力被视为最终解决方案，但本书也坦诚地讨论了其在长时储能、重型运输（如远洋航运和航空）以及高温工业过程中的传输和储存挑战。 氢经济的深度剖析： 本部分专门辟出章节，详细考察了“绿色氢”（Green Hydrogen）的生产路径（电解水）、运输（管道、液化、氨载体）、储存（地下洞穴、高压罐）以及在不同应用场景（燃料电池、直接燃烧、化工原料）下的技术成熟度与成本曲线。同时，书中并未回避“蓝色氢”和“灰色氢”在转型期所扮演的过渡角色及其碳捕集与封存（CCS）的经济性考量。 合成燃料与生物燃料的定位： 作者将目光投向那些难以直接电气的部门，分析了合成甲烷（Synthetic Methane）和生物燃料（如可持续航空燃料SAF）在实现深度脱碳中的作用。这里涉及复杂的生命周期评估（LCA），书中详细比较了不同技术路线在土地利用、水资源消耗和碳排放方面的权衡。 第三部分：分析与设计——后化石燃料时代的系统建模 识别出新的载体后，如何将它们有机地整合起来，是本书的实践核心。本部分提供了一套严谨的分析工具和设计原则。 多目标优化建模（Multi-Objective Optimization）： 传统的能源系统规划主要围绕成本最小化展开。本书扩展了目标函数，纳入了环境外部性（碳价、空气质量）、能源获取性（Access）和社会公平性（Equity）。书中介绍了如何利用先进的随机规划（Stochastic Programming）和鲁棒优化（Robust Optimization）技术来处理可再生能源的固有不确定性。 时空尺度的耦合分析： 能源系统的设计必须考虑不同时间尺度和地理尺度的互动。本书讲解了如何将季节性储能（如季节性热储存或大规模氢气储存）与日内或小时级的电网管理相结合。同时，区域性能源系统的设计（如城市级能源集群）与国家级输电网络规划之间的协调机制也被深入探讨。 基础设施的动态再配置： 与建设一个全新系统相比，更现实的方法是对现有资产进行升级和再利用。书中分析了如何评估现有天然气管道改造为氢气运输的经济阈值，以及燃煤电厂如何通过集成CCS或生物质耦合（Biomass Co-firing）实现平稳过渡，避免资产搁浅（Stranded Assets）。 第四部分：政策、市场与治理的重塑 能源系统的转型不仅是工程问题，更是深刻的制度变革。本书的最后部分聚焦于支撑转型的市场结构和监管框架。 跨部门监管的协调： 传统上，电力、石油/天然气和交通行业受不同监管机构管辖。本书指出，能源载体时代的到来要求建立一个更加统一和灵活的监管框架，以激励跨部门投资和创新。 价格信号与碳定价机制： 详细分析了碳税、排放交易体系（ETS）以及碳边境调节机制（CBAM）如何影响能源载体的相对成本，从而引导投资流向。书中也讨论了如何设计对关键基础设施（如储能和输电网络）的合理激励机制，以确保其建设速度能匹配去碳化的时间表。 公正转型（Just Transition）的经济学： 本书强调，能源转型必须在社会上是公平的。它探讨了如何通过收入再分配、工人再培训计划和确保偏远或能源贫困社区获得可靠、可负担能源的具体政策工具，来管理转型过程中对化石燃料行业就业和地区经济的冲击。 总结 《能源载体时代的能源系统》是一部跨学科的集成之作，它超越了对特定技术的偏爱，提供了一个结构化的思维框架。它引导读者从宏观经济驱动力到微观技术细节，系统地思考如何在不牺牲可靠性和经济性的前提下，实现人类历史上最宏大、最复杂的基础设施重塑——构建一个可持续的、以多元化载体为支撑的未来能源体系。本书是所有致力于能源未来战略规划的专业人士的必备参考。