洞穴
洞穴
2020年9月28日
2,000多年前，希腊人使用水车将小麦磨成面粉。如今，同一概念（水力发电）可以产生足够的电力来为整个城市供电。几千年来，人类一直在寻求利用地球的元素来获取能量。我们现在只生活在一个可以在全球范围内实现能源商业化的时代。
随着我们中许多人变得更加注重生态，我们也渴望在日常生活中拥有更多可再生能源。
但是，这些绿色替代矿物燃料的来源是什么？
我们的时间表跟踪了五种最古老，最受欢迎的可再生能源的演变-从原始用途到整个工业革命，再到21世纪。
另外，我们将探讨这些能源的未来–以及引领潮流的国家。
| 可再生能源是由无限的自然资源产生的，并且总是被补充，例如阳光，水，风。 |
 | 水力发电水电利用流动的水来驱动机械并发电。例如，农场和水力发电厂的谷物研磨机械为城市供电。水力发电过程中使用的燃料-水-并未减少。 |
 | 太阳能太阳能利用太阳光线通过太阳能电池板中的太阳能电池发电和加热。这项技术为从手表，家庭到太空人造卫星的各种事物提供动力。太阳能是取之不尽，用之不竭的自由能源。 |
 | 风能风能使用与水力发电相同的原理，因为能源（风代替流动的水）使车轮或涡轮旋转以发电。尽管这是一种可再生能源，但它不能随需发电–因为它依靠风来吹。 |
 | 地热能“地热”一词来自希腊文geo（地球）， 温泉 （热）。地热能利用地球的地下热水和蒸汽来产生热量和电能。在受火山影响的地区，地热能更容易获得。 |
 | 生物能源生物能源使用木材等有机材料作为燃料。有两种类型的生物能源：生物质和生物燃料。生物质指的是诸如木材和动植物废弃物之类的有机物，而生物燃料则是从有机质中提取出来的，从而产生了诸如生物柴油和乙醇之类的燃料。 |
可再生能源的四个主要作用
使用可再生能源代替化石燃料的好处
几个世纪以来，水车演变成可发电的水轮机。如今，水电站与大坝一起建造，为整个国家发电。在全球范围内，水力发电是主要的电力来源，并且还在不断增长。
它是如何工作的？
水力发电又称“白煤”，是现代的水力发电形式。收集流动的或向下倾倒的水，并通过涡轮机和发电机将其转化为电能，然后将其馈入电网以用于家庭和企业。
水电时间表
有记录的第一个水车是在希腊发明的。1 人们用流动的水转动（磨粉机）的轮子，然后将小麦磨成面粉。水车是一项技术突破，发明目的是减少人和动物的劳动。大约在这个时候，中国的汉朝也独立发明了水车。2
到公元500年，水车已遍布整个文明世界。3 在这段时间里，它对工业发展产生了重大影响，因为它使人能够生产无艰苦劳动的商品。由13日 世纪以来，水车帮助中世纪的欧洲成为军事领袖，因为它被用于制造火药和早期钢铁。3
水轮广泛用于研磨，包括锯木厂，纺织厂，造纸厂和面粉厂。从1760年代开始，它在整个欧洲和美国的工业革命中也起着关键作用。4 今天，许多发展中国家和农村农民仍在使用水车。
法国工程师BenoîtFourneyron为第一个称为“涡轮”的水轮新模型制造了他的第一个原型。5 在接下来的十年中，他完善了自己的原始设计。到1850年代中期，其他国家/地区采用了Fourneyron型涡轮机为其工业机械提供动力。
英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发现了电磁感应，并开发了首个变压器和发电机。 6 这项技术将在水力发电的发展中发挥基础作用。
英美土木工程师James Francis改进了Fourneyron式涡轮机，并发明了Francis Turbine。7 弗朗西斯运用科学方法和测试方法来设计更高效的产品。
美国发明家莱斯特·艾伦·佩尔顿（Lester Allan Pelton）发明了佩尔顿水轮，这是一种脉冲水轮机，代替了笨重的蒸汽机。8 在未来几年中，佩尔顿轮将成为水力发电的首选涡轮机。
英国工程师兼工业家威廉·阿姆斯特朗（William Armstrong）结合了前任的作品，并在英格兰诺森伯兰郡的庄园内建造了第一座水力发电站。9 该庄园的湖泊通过涡轮机发电并为弧光灯供电。
世界上第一座水力发电厂开始运营。阿普尔顿工厂位于威斯康星州阿普尔顿的福克斯河沿岸，通过河水急流发电。10
德国在法兰克福生产第一个三相水力发电系统。11 在接下来的十年中，波兰俄罗斯人Mikhail Dolivo-Dobrovolsky的三相电力将证明优于Thomas Edison的DC和Nikola Tesla的两相系统，可将电力传输到电网中。
奥地利教授Victor Kaplan发明了Kaplan涡轮机，这是一种具有可调叶片的螺旋桨式涡轮机。12 卡普兰（Kaplan）涡轮机是弗朗西斯（Francis）涡轮机的发展，在一定的水位和流量范围内可提供更高的效率。
美国的胡佛水坝开坝并开始发电。13 该水坝建成后是世界上最大的水坝，为美国三个州（内华达州，亚利桑那州和加利福尼亚州）提供水力发电。
世界上第一个La Rance潮汐电厂在法国开业。14 潮汐能是将海洋潮汐能转化为电能的水力发电形式。
中国的三峡大坝建成。它取代了位于巴西和巴拉圭边界之间的伊泰普水坝，成为世界上最大的水力发电厂。15 该工厂使用34台巨型发电机为数百万人提供能源（是美国胡佛大坝的11倍）。
水电的未来
根据Hydropower.org的数据，由于其可承受性，可靠性和可持续性，水力发电将在未来很多年内仍是全球最大的可再生能源。他们还预测非洲和亚洲等发展中大陆将实现显着增长。16
《 2020年水电状况报告》揭示了该领域的许多其他令人振奋的发展，包括：17
人类花了几个世纪的时间才能利用并最终将太阳的热量转化为电能。太阳能的早期使用主要涉及加热和烹饪。如今，太阳光线为许多小工具供电，包括汽车，家庭，建筑物和太空中的卫星。
它是如何工作的？
太阳能电池板由许多由硅制成的太阳能电池组成。太阳能电池捕获太阳的能量并将其转化为电能。该过程称为光伏效应。即使在阴天，太阳能电池板也会产生一些电能。
太阳能时间表
古代中国人使用弯曲的镜子点燃壁炉以取暖和做饭。1
像中国人，希腊人和罗马人这样的发达文明建造了朝南的房屋作为补充供暖。2
太阳能热水的出现。罗马建筑师维特鲁威（Vitruvius）从希腊返回时，他注意到了他们先进的太阳能建筑。这导致罗马浴室具有朝南的窗户（由云母或玻璃等透明材料制成），以将阳光的热量困住并将其引向沐浴水，从而对其进行加热。2
瑞士科学家霍勒斯·德·索绪尔（Horace de Saussure）制造了一种被称为“ Hotbox”的设备，该设备是一个矩形的木箱，其玻璃顶盖可以将水烧开。2 该热箱用于烹饪食物，并成为世界上第一个太阳能集热器的原型-集热器可用于家庭和个人使用。
法国科学家埃德蒙·贝克勒尔（Edmond Becquerel）发现了光伏效应，这是一种在太阳能电池中将光转换为电能的化学现象。3 这一重大发现最终将构成太阳能电池板的基础。
法国发明家August Mouchet和他的助手Abel Pifre通过将太阳能转换成机械蒸汽动力构造了第一台太阳能发动机。4 尽管Mouchet成功了，但法国政府削减了资金，并继续使用燃煤发动机。
英国电气工程师Willoughby Smith发现硒的光电导性。5 三年后的1876年，英国物理学家威廉·格里尔斯·亚当斯（William Grylls Adams）和他的学生理查德·埃文斯·戴（Richard Evans Day）发现，硒在光照下会产生电。6 这将导致在太阳能电池板上发现现代太阳能电池。
美国发明家克拉伦斯·坎普（Clarence Kemp）通过改进100多年前的贺拉斯·德·索绪尔（Horace de Saussure）的热箱，为第一台商用太阳能热水器申请了专利。7
德国理论物理学家爱因斯坦（Albert Einstein）发表了有关光电效应的论文。这一发现奠定了太阳能电池的基础。8
太阳能电池的诞生。贝尔实验室的Daryl Chapin，Calvin Fuller和Gerald Pearson共同发明了硅光伏（PV）电池。9 太阳能电池是世界上第一个通过光伏效应将光（阳光或人造光）转换为电能的设备。本发明允许人利用足够的太阳能来运行电气设备。
先锋1号卫星在美国发射，成为首个使用太阳能电池板的航天器。10
埃克森公司的研究人员设计了一种成本更低的太阳能电池，将价格从每瓦100美元降低到了20美元。11 这纠正了50年代和60年代将太阳能电池商业化的失败尝试。
一旦太阳能电池变得更便宜，便会为一系列消费品提供太阳能，包括计算器，手表和户外灯。另外，用于家庭和游泳池的太阳能供暖变得普遍。
美国能源部成立了太阳能研究所，这是一家致力于利用太阳能的联邦机构。12
丹麦出生的澳大利亚人Hans Tholstrup在20天内驾驶了悉尼和珀斯之间的第一辆太阳能汽车。13
怪异的亿万富翁埃隆·马斯克（Elon Musk）创立了太阳能城。该公司及类似公司的目标是在提高太阳能电池板的商业可用性的同时，提高其效率和成本。
太阳能的未来
太阳能将成为未来发电的更大组成部分，生产成本的下降和便捷的获取是变革的主要动力。
国际能源协会（IEA）最新的五年预测（2019-2024）中，可再生能源发电量将以太阳能PV为首，增长50％。14
历史上，包括意大利，澳大利亚和德国在内，许多国家都在补贴太阳能成本以激励其公民。随着技术的进步，人工和材料的成本可能会降低，从而使太阳能成为人们安装时更实惠的选择。
风能为帆船和轮船提供动力已有5500多年的历史，但是直到很久以后，人们才开始利用风能来发挥更大的效用。如今，许多国家/地区建立了风力发电场（在同一地区有一组风力涡轮机）来发电–有陆上，海上，空中和近岸风力场。
它是如何工作的？
风能通过涡轮机和风车捕获风，这些风轮机可用于驱动机械或发电。风力涡轮机有两种基本类型：更常见的水平轴（如螺旋桨）和垂直轴（如打蛋器）。垂直轴涡轮机可以从各个方向捕获风能。
风能时间表
波斯人（现代的伊朗人）开发了风车来碾磨谷物并抽水。1 这项新的风力技术很快在欧洲和亚洲广泛普及。
英国人开发塔式磨粉机，一种工业上使用的高砖或石材建筑，例如锯木厂。2 此外，在此期间，荷兰人开发了风泵来排放莱茵河三角洲周围的水。 3 他们的设计将不可避免地成为国家的象征。
美国工程师和发明家Daniel Halladay在美国制造了第一台商用风车。4 Halladay的新设计使风车能够自动转向面对变化的风向。同样，大约在这个时候，钢刀片取代了木质结构。
苏格兰电气工程师James Blyth教授建造了世界上第一台发电风车。5 据说Blyth的设计已经为他的苏格兰家庭供电了25年。一年后，美国工程师查尔斯·布什（Charles Brush）的公司建造了有刷风力发电机（更大的风车）来发电。6 1889年，Brush将公司卖给了通用电气。
丹麦科学家Poul la Cour撰写了一本有关风力涡轮机设计的教科书。7 今天，他的许多设计要点都成立了，包括用于发电的最佳风力涡轮机的叶片更少（三个或两个）。
法国工程师George Darrieus授予Darrieus风力涡轮机（垂直轴风力涡轮机）专利。8 独特的设计因其美观而被称为“打蛋机风车”。尽管它们产生的能量比水平叶片式涡轮机少，但Darrieus风力涡轮机今天仍在应用。
美国兄弟Joe和Marcellus Jacobs在明尼阿波利斯开设了一家工厂。他们出售小型风力涡轮机，主要是给农民充电和给照明照明。9 这项技术在美国农村地区变得司空见惯。
全球首台兆瓦级风力涡轮机在美国佛蒙特州生产。10 拖曳式设计连接到本地电气系统。
当外国供应商宣布石油禁运时，1973年的石油价格危机袭来。该活动加强了对可再生能源如风能的研究。
世界上第一个风力发电场（20台涡轮机）在美国新罕布什尔州开业。11
世界上第一个浮动海上风电场在丹麦的Vindeby开业。12 那年晚些时候，英国的第一个陆上风电场在康沃尔郡开业。12
挪威能源公司Equinor获得批准，将在北海的Tampen地区建造世界上最大的浮式海上风电场。13
风能的未来
未来，许多专家估计风能将成为最便宜的发电来源之一，甚至可以与化石燃料媲美。14 为什么？因为它和煤炭一样便宜，而且安全且易于维护。
根据2019年的风能未来报告，亚洲将在2050年主导风能领域，其次是北美，中东和非洲，欧洲，南美和大洋洲。
地球的核心包含岩浆和熔融岩石，数千年来，人类一直使用间歇泉和温泉来加热热量，以进行加热，沐浴和烹饪。如今，许多国家利用热水和蒸汽发电。地热能还用于直接加热建筑物，干燥的农作物和融化积雪。
它是如何工作的？
地热系统从地心提取蒸汽或热水。 地热热泵系统捕获地下的蒸汽和热水库，以发电。有三种类型的地热发电厂。干蒸汽发电厂专注于蒸汽，而闪蒸汽发电厂则使用热水。湿蒸汽发电厂或二元循环发电厂将两者混合使用。
地热能时间表
罗马人在温泉周围建造浴室。1 在数个世纪前后，中国人，日本人，美洲原住民和其他土著人民利用温泉的热量来取暖，洗澡和烹饪。
法国的一个名为Chaudes-Aigues的小镇（翻译为热水）开发了第一个有记录的地热集中供热系统。1 30多个天然温泉通过木管为房屋供暖。
Hot Lake Hotel在美国俄勒冈州开业。2 该酒店/豪华度假胜地与温泉一起建在乡村地产上。 Hot Lake Hotel还是世界上第一座使用地热能作为主要热源的商业建筑。
美国第一个地热区域供热系统是在爱达荷州博伊西创建的。3 该市利用该地区的地质条件，并完成了两口地热井。地热水为200多个房屋和建筑物供暖。
意大利商人Piero Ginori Conti开发了第一批地热发电。4 康迪通过由地热能驱动的蒸汽发电机驱动的发电机为五个灯泡供电。 Conti于1911年在意大利Larderello建造了第一座商业地热发电厂。4
第一台商业地热热泵用于加热波特兰的联邦大楼。5 地热热泵是一个中央加热/冷却系统，可将热量传递至地面或从地面传递热量。这项技术的使用降低了建筑物的能源成本。
世界上第一个“湿蒸汽”地热发电厂在新西兰陶波火山区开张，位于新西兰怀拉基。6
到1980年代初，全球多个国家都有地热能发电厂，包括冰岛，印度尼西亚，土耳其，菲律宾和葡萄牙。这是在1973年石油危机之后政府对这项技术进行的大量研究的背景下进行的。
地热能落后于其他可再生能源用于商业用途。与太阳能，水能和风能不同，地热能不那么容易获得，因为它依赖于地质特征（大部分地热资源沿构造板块边界发现）。
地热能的未来
全球地热联盟在2015年表示，他们的目标是到2030年使地热发电的装机容量增长五倍，并使地热采暖的速度增长两倍以上。7
与数百万年以来产生的，基本上不可再生的化石燃料相比，生物能通过光合作用（使植物生长的过程）在更短的时间内产生，从而使其成为可再生的能源。生物能源是唯一可转化为液体燃料的可再生能源。
它是如何工作的？
生物能源是一种源自生物质（植物基材料）的可再生能源。生物质是一种用途广泛的能源，可以燃烧产生热量或发电。生物质还可以产生生物产品，例如纸张和通过生物燃料进行的燃料运输；两种最常见的是乙醇和生物柴油。
生物能源时间表
穴居人燃烧木材和其他形式的生物质进行加热和烹饪。
德俄化学家Johann Tobias Lowitz发明了纯乙醇，一种生物燃料。乙醇是无色液体，由糖或淀粉经发酵制成。
人们开始用植物油和动物脂肪等生物燃料为灯具加油.
德国发明家尼古拉斯·奥托（Nikolas Otto）发明了四冲程内燃机。它以生物燃料乙醇为燃料。1
德国发明家鲁道夫·迪塞尔（Rudolph Diesel）开发了柴油发动机并申请了专利。2 由于没有石油，因此柴油制造了自己的燃料，称为生物柴油（由植物油制成）。
亨利·福特（Henry Ford）建造了他的第一辆汽车，即福特Quadricycle Runabout。3 它在乙醇动力马达上运行。 1908年，福特公司开发了福特T型车-它使用乙醇，汽油或两者的混合物运行。4
燃煤电力开始取代木材作为住宅供暖和烹饪的燃料来源。
禁止在美国禁止饮酒。除非与汽油混合，否则乙醇不再是驱动汽车的可接受燃料。
战后时代减少了对乙醇等生物燃料的需求。卡车和汽车几乎都只使用化石燃料，例如石油，因为它们被认为更便宜，更高效。
天然气和煤电取代了木材，成为发达世界家庭取暖和烹饪的主要能源。
全球首家生物柴油商业化生产工厂在奥地利开业。5 在接下来的十年中，更多的工厂将在欧洲和美国开设。寻求减少对进口化石燃料的依赖的国家推动了生物柴油的增长。
瑞典的克里斯蒂安斯塔（Kristianstad）市迈出了第一步，成为无化石燃料的一天。该市对可再生能源进行了大量投资，其中包括两家为汽车提供燃料并发电的生物燃料精炼厂。6
今天，生物燃料的使用停滞不前，因为汽油和柴油比生产的生物燃料便宜。此外，生物燃料使用的农作物可以用作食物，因此在食物和燃料之间进行生产选择。但是，一些国家正在将甘蔗等植物产生的废物转化为液体燃料和化学品。7
生物能源的未来
由于生物能源的高生产成本，其未来并不像其他形式的可再生能源那样光明。这种进入壁垒迫使大多数投资者和政府远离对乙醇和生物柴油等生物燃料的大量投资。
尽管如前所述，将植物废料转化为生物燃料（闭环生物燃料）是一种可行的燃料方法，包括中国在内的许多国家也在探索这种方法。 8
尽管可再生能源是未来，但大多数家庭仍然使用传统的天然气和电力手段。因此，如果您想找到更具竞争力的交易，那么比较能源计划是值得的。
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