我喜欢美国能源流程图由劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)每年发布。2021年的图表于4月发布，你可以在上面看到它的全部辉煌。(点击右键下载完整版。)对于许多人来说，图表中最引人注目的部分是被拒绝的能量，用灰色表示。一个常见的反应是:“哇!我们确实浪费了很多能源。我们需要提高效率。”我们来谈谈这个。

燃烧的燃料

首先要明白的是，绝大多数被拒绝的能量来自燃烧燃料。我们燃烧石油、天然气、煤和生物质来获得热量。然后用这些热量做功。有时这项工作需要移动车辆。有时它运行工业设备。有时它还会驱动涡轮机发电。

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，热量会移动热力学第二定律告诉我们热量总是从较热的地方转移到较冷的地方。这意味着没有温差热机就不能工作。

热机效率的极限

关于热机的问题是，没有办法将所有的热能转化为可用的功。总会有热量剩余。这就是你在上面看到的大部分被拒绝的能量。

事实证明，我们已经知道这个限制近200年了。一个叫萨迪·卡诺的法国孩子发现热机的效率是有限的。他发现了能使热机产生最大效率的热力学循环。他的工作在热力学中是如此重要，他的最大理论效率被称为卡诺效率．

此外，他还确定了效率极限只取决于一个因素:热机热侧和冷侧之间的温差。冷热之间的温差越大，热机的效率就越高。

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废能。联合循环燃气轮机发电厂可以达到更高的温度，效率可达60%左右。汽车消耗掉燃料大约四分之三的能量。

我们能做得更好吗?

我们可以从燃料燃烧海绵中挤出更多的水，就像联合循环燃气轮机一样。在一些地方使用的另一种改进是所谓的热电联产(CHP)工厂，或热电联产。它只是一个离建筑物足够近的发电厂，可以利用较低温度的余热。

当你可以利用热和电的结合，很大一部分被拒绝的能量不再被拒绝。耶!你把它送到医院、办公楼或其他附近的设施，它们会把热量用于空间或水加热。不幸的是，由于大多数大型发电厂都位于农村地区，远离废热的潜在用户，因此热电联产非常罕见。

效率并不是废弃能源的解决方案

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。只有一种方法可以减少图表右上角的灰色区域: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。燃烧排出的能量通常会使情况变得更糟。来自太阳能和风能的被拒绝的能量只是做了它本来要做的事情。

最后几句话

首先，LLNL图被称为能量流程图，但它并不是对能量的全面观察。它是关于燃料的。能源的主题要大得多，包含了很多图表没有涉及到的东西。其次，热机将温差转化为功，可以反向工作。当它把功转化为温度差时，我们称之为冰箱或热泵。第三，这张图表中有很多内容。此外，通过观察燃料使用随时间的变化，你可以更好地了解燃料使用的趋势。我在之前的一篇文章中做过为什么全电动汽车是有意义的．

最后，当你在图表中看到所有被拒绝的能量时，我希望你能意识到我们不能仅仅通过提高效率来消除它。这是燃烧和热机不可避免的副产品。

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Allison A. Bailes III，博士是一个演讲者作者、建筑科学顾问、乔治亚州迪凯特能源先锋(Energy Vanguard)的创始人。他有物理学博士学位能源先锋博客．他还有一本关于建筑科学的书该片将于2022年秋季上映。你可以在推特上关注他@EnergyVanguard．