利弗莫尔实验室的能源图表告诉我们该怎么做

每年春天，劳伦斯利弗莫尔国家实验室和能源部都会制作桑基图，展示美国的能源流动，我把它叫做“解释一切的图表”，每年，我们看着它看看我们的能量从哪里来，到哪里去，以及有多少“被拒绝的能量”以热量和废物的形式被烟囱或排气管损失掉了。除了今年，我忘记了，最近物理学家艾莉森·贝尔斯三世(Allison Bailes III)用这个图表来解释被拒绝的能量的意义。但在此之前，让我们来看看利弗莫尔2021年的图表。

第一个教训是，能源消耗是到2020年当时的消耗量是92.9夸脱。四单位是1千万亿btu (10)¹⁵)，相当于80,007,000,000的能量加仑对于汽油来说，它是很大的，所以增加了4.4升。但我们还没有完全回到2019年新冠疫情前的水平，当时的能源消耗为100.2个四分之一。

核能和可再生能源等低碳能源再次上升，到2020年仅增长0.132个四分之一，与同期石油的2.9个四分之一相比，这是微不足道的。按照这样的增长速度，要想让“一切都电气化”这伙人有足够的动力来取代所有的石油、煤炭和化石天然气，还需要很长时间。

但是等等!索尔·格里菲斯(Saul Griffith)和“重塑美国”团队指出，所有这些65.4夸特的“被拒绝的能量”然后说“看，当我们全部使用电力时，我们节省了多少能源!”

在他的书中使充电格里菲斯看着这张图表说，如果一切都是电力的，那么我们只需要现在使用的42%的能源。唉，这就是贝尔斯和法国军事科学家兼物理学家尼古拉斯·莱姆纳德·萨迪·卡诺发挥作用的地方。

如果你看看90年代和更早的桑基图发表在我之前的文章中-能源服务的一大块被标为“有用能源”。这是因为一块煤并不是一块能量;它是一团碳与氧反应产生热量和二氧化碳。

正如贝尔斯所指出的，我们利用热量做功，无论是开车还是旋转涡轮机发电:“所有这些过程都涉及到热机，一种将热量转化为功的装置。当存在温差时，热量就会移动热力学第二定律告诉我们热量总是从温暖的地方转移到凉爽的地方。这意味着没有温差，热机就无法工作。”但是没有办法把所有的热量都转化成可用的功。

“事实证明，我们已经知道这个限制近200年了。一个叫萨迪·卡诺的法国小孩发现热机的效率是有限的。他发现了产生热机最高效率的热力学循环。他的工作在热力学中是如此重要，以至于他的最大理论效率被称为卡诺效率。"

卡诺还计算出效率取决于温差。Bailes指出:“对于传统发电厂使用的温度，燃料中大约三分之二的能量变成了被丢弃的能量。联合循环燃气轮机发电厂可以达到更高的温度，效率高达60%左右。汽车会丢弃大约四分之三的燃料能量。”

这是生活的事实，是热力学定律。这就是为什么当他们说我们只需要比现在多42%的能源时，“一切都通电”这帮人是不诚实的;我们需要相同数量的有用的能源;被拒绝的能量从未出现在桌面上。卡诺在1824年表现出这一点，1832年因“躁狂症和谵妄”而进入精神病院，不久之后就去世了，享年36岁。但他现在被称为热力学之父，贝尔斯解释了我们都需要理解的从他身上学到的重要一课:

“只要我们继续燃烧燃料，就会有大量的废弃能源。这就是热机的本质。只有一种方法可以将图表右上方的灰色大块最小化:用可再生能源取代燃烧。这种转变的一个好处是，我们也摆脱了燃烧带来的污染和碳排放。燃烧产生的被拒绝的能量通常会使事情变得更糟。来自太阳能和风能的被拒绝的能量只是做了它们本来应该做的事情。”

或者，就像一个老笑话说的那样，当有一个巨大的太阳能泄漏时，它就被称为美好的一天。

这也把我们带回了一个问题，我们将从哪里获得所有这些可再生的有用能源。我们现在有15.446夸脱的清洁可用能源;从我们消耗的总可用能量中减去它，我们需要尽快找到16.36个四次方。它不会是水力发电，核能是有争议的，而且上线速度很慢，所以看起来像很多太阳能和风能，尽管我对地热寄予厚望。

再一次，我要向利弗莫尔学习，提出我的效率和充分性论点。我们将不需要更多的电力用于住宅或商业如果我们真正提高效率，建造所有新的被动式房屋标准，如果我们隔热和加热我们现在拥有的。如果我们停止生产这么多的钢铁和混凝土，我们的工业就不需要那么多了。如果我们停止建造这么多的汽车、停车场和高速公路，我们就不需要那么多的钢铁和混凝土。

今年，利弗莫尔发表了一份关于二氧化碳排放的桑基图，它讲述了一个类似的故事。虽然这可能具有欺骗性，因为大部分电力碳排放实际上是住宅和商业排放，但如果你看一下能源图，那就是电力的去向。但这首歌是一样的:大部分工业排放来自钢铁和混凝土的生产，它们主要进入道路、汽车和建筑物。最大的直接排放源是交通运输，主要是在建筑物之间行驶的汽车。和解释一切的利弗莫尔图表一样，它告诉我们该怎么做。