人類的能源大多都是靠燒開水,這種說法正確嗎?


我試圖用盡量短的篇幅回答問題。

我更願意認為題中問題的答案是,我們壽命內,可用的能源主要來源靠燒水。
首先,有一個大的趨勢,是電力占的消費比例越來越大,至於為什麼,細里說有很多原因,比如環保,比如一次燃料的構成,等等。

然後我們再談獲得電力的方式,主要來自:燃氣輪機發電,蒸汽輪機發電,核電,風電,水電,太陽能。前三種方式佔比例最大。

燃氣輪機效率相對蒸汽輪機低,排氣焓值很高,大部分時候都會和蒸汽輪機配合(燃氣輪機排氣一般有500度左右,是不能允許被浪費的),用排氣去燒水,推動蒸汽輪機,組成聯合循環電廠。這個系統裡面,蒸汽輪機的效率比燃氣輪機高。
但是燃機因為燃料構成的因素,可以達到較低排放,較為環保,這是蒸汽輪機所不及的。
附一張西門子燃機的照片,設計緊湊,長得比汽機科技,本人版權所有,請勿引用:

純火電,自然是燒水利用蒸汽輪機發電了。鍋爐燒水,推動蒸汽輪機,進而驅動發電機。
火電和聯合循環這部分,覆蓋了生物質發電,因為生物質如果是秸稈一類,自然是進鍋爐燒水了,沼氣一類可以燒鍋爐,或者過濾後進燃機,然後排氣可以燒水,進入蒸汽輪機完成聯合循環。
如果說燃機強在技術難度,火電總體系統之複雜,在地球上的工業系統中,為最複雜之一,一張圖為例(此圖軸向長約25m,請勿引用):

核電站其實和火電的區別在於,怎麼燒水,因為後面都是汽輪機驅動發電機。
火電站鍋爐燒,核電站反應堆產生蒸汽,所以,核電站也是燒水。

其實太陽能發電除了直接發電,還有更環保的,那就是,反射太陽光去加熱高沸點的油,然後換熱產生蒸汽,這樣其實也是燒水。我們在沙特這種土豪國家,已經有了業績,不過建設成本之高,非土豪勿詢價,自重。
網上找了一張太陽能熱電站,用無數反射板,去反射太陽光,到中心的塔上去加熱換熱用油,然後油去加熱水,產生蒸汽,推動汽輪機發電,相比較這種,太陽能面板直接發電,簡直是弱爆了,這才是高帥富的遊戲:

有時候,我們會用太陽能去加熱汽輪機的凝結水,這其實也是某種燒水方式,在中國,我比較推薦這種方式,門檻低,效果好。
總之,一部分太陽能發電,也是在燒水…

其餘的太陽能發電方式,風電,水電在電力構成中,佔比例相對較少。
事實上,水電目前還是有15%左右比例(未確認數據,但是這個比例是越來越低的),水電的發展狀況和趨勢是,因為環保因素,水電會越來越邊緣化,事實上近年來水電聲音已經很小了 。
也許有朋友問,北歐有些國家主要靠水電呢,或者風電,這是為什麼呢?
因為他們工業少,人口也少,所以消耗的電力,完全不能跟工業社會的耗電量相提並論。舉個栗子,我一台機床一小時耗電,夠他們一個家庭用一年的。中國該有多少這樣的設備?再舉個最簡單的栗子,中國單單閥門廠就有超過一萬家,每家都有很多機床,只是閥門這種小部件而已哦。

另外,再說說汽輪機的效率,汽輪機的內效率其實沒什麼意義,雖然它有90%,但是這不是循環的完整環節,在汽輪機排氣的下一個環節,如果是凝汽式,單凝汽器就要浪費30%的蒸汽能量,以把蒸汽再次變成水。此外還有機器的漏氣損失,散熱損失等等,能達到50%+的效率,已經是汽輪機里的勞斯萊斯了。
最重要的指標,其實是熱耗,也就是發一度電,需要多少千焦的熱量。所以內行看門道,汽輪機大家都可以做,以30MW的蒸汽輪機為例,西門子SST-400可以做到低於9000KJ/KWH,它的意義是,每發一度電,比國內同類產品節能20%-25%。

很吃驚?效率比預想低?其實,是咱們期望太高,別的原動機譬如內燃機,比這個要更低。

所以總的來說,在相當長時間裡,不發生能源革命的情況下,可用能源來源主要還是靠燒水。

下一個能源革命可能是核聚變,ITER,也就是國際熱核聚變項目,曾經跟我接洽讓我去法國參與這個項目,我就順便了解了一下這個項目的進度。
這麼說吧,按照目前的日程表,正在看本文的所有人,我們有生之年都是看不到核聚變電站的商用的。即使商用,還是燒水。
革命之處在於,聚變安全無污染性產出物,燒水的副產品也是水,純綠色電力,而且產出率高。

燒水很俗,但是現實就是很殘忍,你們的電腦,電燈,ipad,iphone,振動棒,用的電,都是燒水燒出來的,高帥富在這裡和矮窮搓,在這裡再次重逢。
燒水看似很低端,燒水發電系統還真是地球上最複雜,高精尖的民用系統之一,大隱隱於市啊。。。

手機打字這麼多,各位看官,不點贊,對不起我這手指啊!!

有很多朋友問:為什麼燒水發電是最複雜精密的民用系統? 我在另外一個問題里做了回答,如下,供參考:

火電總體系統的複雜度體現在哪裡?


蟹妖,這個題目好大。

首先,題主問題里的說法不完全對。應該說當前人類利用能源的性價比最高的方式是靠熱能轉換(做功)。
我簡單說一下,然後慢慢補充。

要解釋這個問題,首先要明確一個概念,我們上學時都學過,宇宙當中的能量是守恆的,所以我們消耗能源的過程,其實是將一種不能直接利用的能量轉變為可以使用能量,然後使用的過程。這裡就涉及到一個概念:一次能源和二次能源。一次能源是指直接取自大自然未經加工的能源,比如煤、原油、天然氣、太陽能、水力、風力,古時候人類常用的就是一次能源,參考荷蘭風車和黃河大水車。二次能源指的是一次能源加工轉換後得到的能源,比如蒸汽、汽油、電等等,現代社會多使用二次能源。(這裡指的使用是指直接使用)

回到題主的問題,為什麼會有這麼一種說法呢?因為電已經逐步成為人類最重要的二次能源了。發電雖然有很多方式,目前來看最主要的就是火力發電。按照能量轉化的過程來分類,核電和火力發電差不太多都屬一類,只不過將燃料從煤炭變成了核。常見熱機包括:蒸汽機、汽輪機、燃氣輪機、內燃機、噴氣發動機等,他們的共通特點都是利用氣體受熱膨脹做工,也就是我前面說過的那個熱力過程。火力發電的熱力做功環節就是將蒸汽的熱能轉化為動能,再利用蒸汽的動能轉化為汽輪機旋轉的機械能。

火力發電大部分採用汽輪機(也有燃氣輪機,但容量小)。如下圖。


(這張圖是汽輪機低壓缸動葉。圖片來源百度,版權屬於原作者)

為什麼要使用汽輪機而不使用蒸汽機或者汽油柴油內燃機來發電呢?一是做不了這麼大。二是效率沒有汽輪機高。汽輪機一般的內效率能夠達到90%,隱約記得當時上汽機原理的時候老師說過,汽輪機是內效率最高的熱機。三是使用壽命長(一般為30年)。其原理是高溫高壓蒸汽通過噴嘴,膨脹做功,將熱能轉化為動能,可以理解為吹動汽輪機動葉旋轉,產生了機械能。汽輪機的機械能通過聯動軸帶動發電機旋轉,產生電能。

所以汽輪機做功主要是靠蒸汽(過熱蒸汽)。為什麼要使用水蒸汽呢?一是因為水非常好獲得,成本低。二是因為水蒸氣的儲熱量大,從高溫高壓到低溫低壓能釋放出大量的熱量,熱效率高啊。傳統火力發電是用煤炭將水加熱到過熱蒸汽狀態,核電就是用核反應產生的熱量加熱水到過熱蒸汽狀態。

綜上,我們常用的二次能源電能——主要來自於化石燃料將水燒開,並加熱到過熱狀態,通過熱力過程做功,轉化為機械能帶動發電機得來的。而且,這種方式仍然是較為高效、經濟、可靠、廣大人民群眾喜聞樂見的。

以上內容如有錯誤請指正。


第一次回答問題,知乎小白一個。有錯誤請指出哈。o(╯□╰)o
回答問題之前先得知道當前人類主要的發電方式有:火電,水電,核電,風力發電,太陽能發電。
還有一些其他發電方式比如:利用潮汐能、沼氣等方式限制太多,所佔發電總量比重也就可以忽略不計了。
其中:火電,核電。本質上是靠燒開水。
但是水力,風力發電則是通過水能和風能轉化為機械能發電,不依靠燒水。
結論:題主說的「現在人類的能源最終都是靠燒開水」就是錯誤的了。

補充一下其實改成大部分能源是通過燒開水則是對的。
以中國為例。
這是網上找的數據《2013年1-11月份全國電力工業運行簡況》
2013年1-11月中國電力工業運行簡況

截至11月底,全國6000千瓦及以上電廠裝機容量11.80億千瓦,同比增長10.0%。其中,水電2.38億千瓦,火電8.48億千瓦,核電1461萬千瓦,併網風電7160萬千瓦。

可以得到火電加核電大約佔中國發電量的80%,水電加風電不到20%。
故而現在人類的能源大部分最終都是靠燒開水是可以說的過去的。


首先把我們現在有的能源分類:

  • 化石能源:包括煤、石油和天然氣;這一部分主要是通過燃燒轉化成熱能,然後。。。。。。燒開水,再用蒸汽來驅動各種機械
  • 核能:通過核反應在短時間內產生大量的熱,然後。。。。。。還是用來燒開水。。。
  • 水電和風能:機械能轉化為電能
  • 太陽能:轉化為電能
  • Hydrogen fuel:氫能源,首先通過電解或者化學反應得到氫氣,然後通過燃燒得到熱能,然後。。。還是去燒開水。。。而且根據能量守恆,從氫氣燃燒中得到的能量要少於生產氫氣所需要的能量(。。。所以要它是幹嘛使的,當然它也有其他好處,非專業人士就不展開了,吐槽完畢)
  • Biofuel/Biomass:生物質能,從生物(主要是植物和微生物)中得到的燃料,所以說白了還是用來燒開水了。。。
  • Geothermal:有70個國家用地熱來供暖,有24個國家有地熱發電,原理與其他熱能發電類似,唯一的區別就是熱量直接來源於地核,所以。。。。。。也是燒開水
  • Marine energy:主要是機械能轉化成電能

以上各種能源中,凡是可以作為燃料的或提供熱能的,都被用去燒了開水。。。剩下的大多轉化成了電能。

然後再來看世界能源結構:

圖片來源於World Energy Council2013年的報告,World Energy Resources:A Summary

圖片來源於World Energy Council2013年的報告,World Energy Resources:A Summary
可以看出,無論是從前,現在,還是不遠的將來,化石能源,也就是用來燒開水的那部分,都佔了80%左右,再加上用另一種方式燒開水的核能和其他燒開水的可再生能源,「燒開水能源」佔到了80%~90%的比例。

綜上所述,我們現在用的能源,絕大部分來源於燒開水。Amazing。


除了光伏,還要補充一個不通過燒熱水的獲取能源方式:燃料電池。

與化學能-機械能-電能的燒熱水方式相比,燃料電池則是直接將化學能轉換為電能的裝置。如上圖所示,燃料電池由陽極、陰極和電解液組成,兩極上通常進行化學燃料的氧化、氧氣的還原,電能(直流電)由負載從分別的氧化、還原反應中得失電子、得電子的過程中獲取。單片燃料電池獲得的電壓一般小於1V(工作電位上限由燃料+氧氣→產物+水的方程式決定,然而實際場景里則取決於所用的催化劑),故需要串聯成品使用提高工作電位(如下圖)。

與化學能-機械能-電能的燒熱水方式相比,燃料電池則是直接將化學能轉換為電能的裝置。如上圖所示,燃料電池由陽極、陰極和電解液組成,兩極上通常進行化學燃料的氧化、氧氣的還原,電能(直流電)由負載從分別的氧化、還原反應中得失電子、得電子的過程中獲取。單片燃料電池獲得的電壓一般小於1V(工作電位上限由燃料+氧氣→產物+水的方程式決定,然而實際場景里則取決於所用的催化劑),故需要串聯成品使用提高工作電位(如下圖)。

拋開燃料獲取的環節,燃料電池在發電過程中產生的廢氣極少,被認作是一種綠色化學電源。使用氫氣的燃料電池,產物只有水。

拋開燃料獲取的環節,燃料電池在發電過程中產生的廢氣極少,被認作是一種綠色化學電源。使用氫氣的燃料電池,產物只有水。

1831年法拉第定律被發現,燃料電池的概念的提出也是在同一時代的1839年,卻一直發展較慢,直到1960年代美國國家航空航天局的太空任務當中發揮了作用,用來發電和提供水。

發展到現在燃料電池應用家族裡的明星就是燃料電池汽車了,除此之外基於固定燃料電池的發電田可用於商業、工業及住宅主要和備份能發電。

當前燃料電池發展的瓶頸在於依賴於使用昂貴的鉑催化劑和燃料的綠色、廉價獲取。在2015年,特斯拉的的創始人Elon Musk甚至斷言氫燃料電池汽車永遠不可能會有市場競爭性。然而科研界從來不會say no,我們可以看到廉價非鉑催化劑、新型氫氣製取方式的提出,可以預見在將來燃料電池會有更大的用武之地。


你這個問題的問題很大啊。
回答的話上面都說了,其實水並不是多數熱力循環系統里最適合工作的物質,但是發電過程需要的工質太多,並沒有如此大量便宜、易於獲得、無污染、熱效率不算太低的物質作為工質,所以只能用水湊合用了。


這句話應該是:
現在人類的能源轉化最終都是靠燒開水。


顯然不正確,現在不正確,未來更不正確。
就當前而言,確實是靠「燒開水」的比較多。如電力行業,火電和核電都是靠燒開火,在中國,這個比例佔到了70%左右。但是水電、光伏、風電等都不是通過「燒開水的」,在中歐和北歐的一些國家,這些可再生能源發電所佔比例可達一半。另外,交通工具如汽車、飛機也不需要燒「開水」。
未來「燒開水」的比例將越來越小的。下面是歐洲聯合研究中心給的(預測)數據。


太陽能發電不是,可是這個問題莫名喜感讓我不得不碼一記啊哈哈哈哈哈!!!
對了還有內燃機,那個是靠燒油的。
還有煤啊!大部分電力的來源可以說是靠燒水,但是熱能的來源里不靠燒水的就多了啊。


我就是開水 大家難道真要燒我咩(≧?≦)


人體是一隻爐子,食物是保持肺部內燃的燃料。冷天我們吃得多,熱天少。動物的體溫是緩慢內燃的結果,而疾病和死亡則是在內燃得太旺盛的時候發生的;或者因為燃料沒有了,或者因為通風裝置出了毛病,火焰便會熄滅。


文位元組選於《瓦爾登湖》,看見這個問題腦子裡第一反應就是這段話。


.........除了太陽能直接發電,橫豎都是旋轉機械發電。

這輩子靠轉子動力學與周邊還是可以糊口....


應該說「人類的能源利用主要是通過燒開水這一步驟」。水是極好的熱能介質,具有比較低的沸點,是最容易完成汽液轉換的,並且經濟適用,易於獲得。
在能源的利用過程中,首先把原始狀態轉化為比較容易傳送,儲存的狀態,因此電能是最好的能源中間狀態。原始的能源無非包括化學能(石油等能源,來源於太陽能),機械能(水力,風力),核能。化學能和核能都是蘊含在物質中的能量,轉化成電能首先要通過機械能,即帶動發電機做功。而要做功無非是靠燒,加熱氣體,產生壓力,帶動發動機,而這個過程中最經濟轉化率最高的就是蒸汽機了。如果能量形式本來就是機械能,那就不需要燒了,直接發電。得到電能之後轉化成為我們應用中需要的能量形式。如果需要的形式是機械能(汽車等),可以利用電動機或內燃機轉化,內燃機燒油,本質上和燒開水沒有區別。
而我們現在應用的發電方式,占最大比例的還是火電,用煤炭產生電能,而在這個過程中燒開水是不可或缺的。
如有錯誤請指正。


我不認為這句話是正確的。句中的【最終】和【都】有待商榷。
人類社會在地球上能攫取的能源有很多類型,太陽能,風能,潮汐能,化學能等等。
其中能直接為日常生活所用的能源類型並不多,並且使用起來也不方便。
多虧有人將電能等等易於直接使用的能源引入到我們的日常生活中。但是電能並不能憑空產生,要藉助於其他類型能源的轉換,比如太陽能、化學能等。在這個轉換過程中,需要一定的介質。顯而易見,經過數百年的嘗試與探索,現時最適合人類的介質是『水』。
因此,在很多電能生產活動中可以看到水的存在。但是,還有很多電能或其他能量轉換過程中並沒有用水作為主要介質。最簡單的例子就是身邊的汽車,汽車內燃機利用化石能源做功,水並不是主要參與者。再舉一例,船舶航行中的電能,很多也是直接用柴油機驅動發電機獲得,也不需要水。
綜上,【都靠燒開水】已不成立。
至於【最終】,個人認為,人類在發展的過程中還會不斷探索與創新,也許有一天,某種新型介質可以替代水來作為能量轉換的介質,這並不是不可能,對吧?^_^


總之,不得不承認,在當前的技術水平下,我們獲取高品位能量的主要形式,依然無法跳躍過熱能-&>機械能-&>電能的模式。直接從熱能-&>電能嘛,大規模應用還是有困難的。


火電文明 水只是一種熱能介質 當然還有更高級的介質比如液態鈉什麼之類的


倒不如說現在人類所用能源大多都來自太陽,大家都是太陽之子


我不太懂問題什麼意思。
能量就是電子。人吃進入電子儲存能量通過c,排除電子釋放能量。其他的可以看我別的答案。

我已經頓悟宇宙人生,我會一直答題哲學和提出其他科學的觀點。


現在 大多。。。。。。。
對!
。。。。。。。。。。。

而且用水的原因是瓦特改良蒸汽機那時候默認的么?這個原理類似。


樓上回答很全面了,但是還有這一點。

就是 水,可,以,回,收,循環利用嘛?


調侃的說,對,因為熱能需要靠工質傳遞,就是所謂的「燒」和「水」


推薦閱讀:

TAG:物理學 | | 機械 | 能源 | 往複式蒸汽機 |