高中地球科学/节能
想象一下，有人给你一张 100 美元的钞票，你可以随心所欲地使用它。那将是一笔相当不错的交易，不是吗？现在想象一下，这个人给他们的提议附加了一个条件：为了获得这 100 美元的钞票，你必须付给他们 75 美元。你仍然会赚到钱，但这次你只会得到 25 美元。花掉钱来赚钱有意义吗？这取决于你花了多少钱能赚回多少钱。
获取和使用自然能源就像花钱来赚钱。我们仅用于获取能源就消耗了大量的能源（图 20.8）。我们必须找到能源来源，从地球上开采出来，将其运输到使用的地方，通常还要对其进行加工或转化为其他形式的能量。获取能源的每一步本身都需要使用能量。例如，我们使用石油为我们的汽车生产燃料。为了获得石油，我们通常必须建造巨大的钻井设施，并钻入地球深处数百米。这样做需要能量。然后，我们使用卡车或船只将石油运输到世界各地，这也需要能量。然后，我们必须将石油加热到沸点才能从中制造不同的产品，比如燃料和汽车油，这需要更多的能量。
在本课程中，您将了解到不同的能源都需要添加一些其他能量才能变得有用。您将能够根据各种能源的实用性对它们进行比较。您还将了解一些我们可以节约能源或更有效地使用能源的方法。
- 讨论为什么获取能源需要能量，以及为什么有些形式的能量比其他能量更有用。
- 描述一些节约能源或更有效地使用能源的方法。
获取能源需要能量。净能量是指从资源中获得的可使用能量，减去从地球上开采该资源并使其可供人类使用的能量。我们刚刚讨论了有人给你 100 美元，但要求你偿还 75 美元。在这种情况下，你的净收入将是 25 美元，即 100 美元减去 75 美元。净能量的计算方式相同。例如，对于我们从地球上开采的每 5 桶石油，我们必须使用 1 桶石油用于开采和精炼过程。这使我们的净供应量仅为 4 桶（5 桶减去 1 桶）。
请记住，石油是一种不可再生资源。想象一下，如果开采和精炼石油所需的能量增加了会发生什么。如果开采 5 桶新的石油需要消耗 4 桶石油，会发生什么呢？那么我们的净供应量将只有 1 桶。我们的石油供应量将比目前的速度更快地减少。
我们有时使用净能量比率这个词来表明资源中可用能量量与获取该资源所用能量量之间的差异。如果我们从一定量的石油中获得 10 个单位的能量，但使用 8 个单位的能量来开采、运输和精炼石油，那么净能量比率为 10/8 或 1.25。大于 1 的净能量比率意味着我们仍然获得了一些可使用的能量。小于 1 的净能量比率意味着总的能量损失。表 20.2 显示了几种常用的能源，用于为我们的房屋和学校供暖。它显示了它们的净能量比率。比率越高表示该来源提供的可使用能量比比率低的能量更多。
| 能源来源 | 净能量比率 |
|---|---|
| 太阳能 | 5.8 |
| 天然气 | 4.9 |
| 石油 | 4.5 |
| 燃煤发电 | 0.4 |
从表格中可以看出，可再生太阳能提供的净能量远多于其他来源，而燃煤发电实际上消耗的能量比它产生的能量还要多。你认为这是为什么呢？燃烧煤炭发电需要大量的能量才能获得能量。我们必须找到煤炭，开采煤炭，运输煤炭，并建造发电厂来燃烧煤炭（图 20.9）。所有这些都需要能量，并减少了我们可使用的净能量。然而，太阳能从一开始获取所需能量非常少。我们不需要开采它或用卡车运输它。阳光在全球范围内都很充足，可以在收集它的同一地点使用。
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上面关于净能量的讨论向您表明，获取能源需要能量，并且有些能源来源需要比其他能源来源更多的投入才能获得可使用的能量。在我们获得能量后，我们就会将其用于某种用途。能源效率是一个术语，描述了我们从使用的每个单位能量中可以做多少可使用能量来做功。更高的能源效率是可取的，因为它意味着我们浪费的能量更少，并且从我们从地球上获取的能源来源中获得更多使用价值。更高的能源效率还可以让我们延长不可再生资源的使用寿命，使它们持续更长时间。
在美国，近 85% 的能源来自不可再生的化石燃料。由于这些燃料的供应有限，我们尤其需要关注有效地使用它们。有时，我们的选择会影响能源效率。例如，运输需求需要大量的能量。汽车和飞机等交通方式不如船舶和火车高效。荧光灯泡比普通白炽灯泡更节能。水力发电站比核裂变反应堆更节能。
节能包括减少或消除不必要的能源使用。这将提高能源效率。节能可以为我们节省资金，还可以确保我们的能源供应持续更长时间。节约能源主要有两种方法：少用能源和更有效地使用能源。饼图（图 20.10）显示了美国能源的使用情况。
在美国，近一半的能源用于交通和家庭使用。这意味着个人可以在全国范围内为节能做出很大贡献。表 20.3 显示了一些方法，我们可以通过这些方法减少能源使用，并在交通、住宅、工业和办公环境中更有效地使用能源。
| 能源使用地点 | 如何少用能源 | 如何更有效地使用能源 |
|---|---|---|
| 交通 |
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| 住宅 |
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| 工业 |
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| 商业（企业、购物区等） |
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减少能源消耗或提高能源利用效率将有助于节约能源资源。由于我们依赖的许多能源资源都是不可再生的，我们需要确保尽可能少地浪费它们。
- 获得能源需要消耗能源。我们使用“净能源”这个词来指代在消耗能量获取、运输和提炼其他形式的能量后剩余的能量。
- 能源一旦可用，我们就将其用于某些用途，但有时会以低效的方式使用。
- 我们可以通过减少能源消耗来节约能源资源。
- 我们还可以通过提高能源利用效率来获得更多工作量。
- 这方面的例子包括驾驶小型汽车和使用荧光灯泡。
- 定义净能源。
- 为什么太阳能的净能源比值比燃煤发电更高？
- 燃煤发电的净能源比值是 0.40。解释为什么这意味着从燃烧煤炭中获取电力是能源利用中的不理想选择。
- 你在家中可以采取哪些两种方法来减少能源消耗？
- 为什么特别重要的是不要浪费来自化石燃料的能源？
- 火车在运输物品方面比卡车效率高得多。你认为这可能是为什么？
- 能量
- 我们从燃料中获得的做功的能力。
- 开采
- 从地球中开采石油的过程。
- 荧光
- 一种比普通灯泡节能的照明方式。
- 净能源比值
- 某种燃料中存在的有效能量与开采和加工该燃料所消耗的能量之间的比率。
- 提炼
- 从石油中去除杂质使其可用的过程。
- 如果获取能源需要消耗能源，那么哪种类型的能源是最佳选择？
- 将以下行动按照从最重要到最不重要的顺序排列：选择可持续的能源形式，提高能源效率，节约能源消耗。解释你选择的顺序。
- 世界上每个人都可以像美国人每天那样使用那么多能源吗？为什么？