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Gaspar do Amaral

能源与电力系统

Onde、Rápido、Empurrão(在哪儿、多快、推一把)

解释能源、金钱与短缺的三个问题

Gaspar do Amaral · 2026年10月1日

译自葡萄牙语原文。本译本发布于2026年10月27日。

一个今晚讲给孩子听的故事,它讲清了公式所隐藏的东西

几天前,一位工程师同行和我分享了他对一个看似简单的问题的思考:一兆瓦时(MWh)的间歇性能源,究竟值多少?

技术上的答案是众所周知的。一兆瓦时的风电在物理上与其他任何一兆瓦时都一样,但在系统需要时它并不保证有功率。为了保证功率,仍然必须保留备用电站,而这份备用的成本必须加上去。

后来,我想把同样的道理讲给一个 16 岁的少年听。我意识到,他会在提出的第一个问题上就卡住:

“一兆瓦时是用来干什么的?”

就在那时,我开始明白问题不在兆瓦时本身,而在一个深得多的混淆,而且这种混淆并不只属于年轻人:把“有多少”和“以什么速度得到”混为一谈。

为什么这和你有关

电费单上有两个数字,几乎没有人分得清:消耗的千瓦时(kWh)和以千伏安(kVA)计的合同功率。一个是数量,另一个是最大速率。跳闸是因为第二个数字,而不是第一个。

在能源辩论中,人们比较每种技术每兆瓦时的成本,却忘了电网需要的不只是能量:它需要在恰当的时刻得到有保证的功率。

在管理预算、团队或基础设施时,也会发生同样的事:把存量和流量、余额和速率、累计和节奏混为一谈。

这种混淆不是学校里的问题。它是决策者的问题。而解决它只需要三个问题,在这个故事里,它们都有名字。

插图 0:功率还是能量?功率是水龙头的力度;能量是留在桶里的水。差别很大的水龙头,可以把同一只桶装满。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
插图 0:功率还是能量?功率是水龙头的力度;能量是留在桶里的水。差别很大的水龙头,可以把同一只桶装满。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

这个故事讲的是你的孩子。今晚就讲给他听。

1. 回家的路上

你放学了,妈妈开车来接你。你们回家,爸爸在家里等着你们。

后座上,在你身边,坐着三个隐形的兄弟,只有你能看见他们。

Onde(“在哪儿”)只想知道一件事:我们在哪儿?他读路牌上的数字:12 公里、13 公里、14 公里。

Rápido(“多快”)眼睛一刻也不离开速度表:我们开到 90 了!是他在指挥 Onde:时速 90,Onde 每小时就前进 90 公里。

Empurrão(“推一把”)看不见,只能用身体感觉到。妈妈加速时,座椅推着你的背。她刹车时,安全带把你拉住。是他在指挥 Rápido。

在高速公路上,一直开 120,你闭上眼睛……什么也感觉不到。好像车停着一样。你们开得很快,但速度没有变化,而身体只能感觉到 Empurrão,从来感觉不到 Rápido。

▶ 原文在此处有一段视频,发布在领英上: 在领英观看视频.

三个兄弟,三个问题:有多少?、以什么速度?、在变吗?我们需要的就是这些。

插图 1:三个兄弟,三个问题。Onde 数已经积累了多少,Rápido 测量速度,Empurrão 告诉我们速度是否在变化。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
插图 1:三个兄弟,三个问题。Onde 数已经积累了多少,Rápido 测量速度,Empurrão 告诉我们速度是否在变化。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

2. 三个兄弟无处不在

令人惊讶的发现是,这三个兄弟不只住在车里。他们住在我们每天使用的所有系统里:

表 1:三个兄弟无处不在。在每个领域里,Onde 都是 Rápido 的累加,而 Empurrão 是让速度改变的东西。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
表 1:三个兄弟无处不在。在每个领域里,Onde 都是 Rápido 的累加,而 Empurrão 是让速度改变的东西。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

在所有这些领域里,关系都一样:Onde 是 Rápido 随时间的累加。谁明白为什么每小时 90 公里开 2 小时是 180 公里,谁就明白为什么 2 千瓦用 1 小时是 2 千瓦时。

插图 2:Onde 是 Rápido 的累加。每一根蓝色柱子都是以每小时 90 公里走过的一小段路;两小时加起来,就是 180 公里。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
插图 2:Onde 是 Rápido 的累加。每一根蓝色柱子都是以每小时 90 公里走过的一小段路;两小时加起来,就是 180 公里。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

一个任何孩子都能亲眼看到的例子:家里的电表上有一盏会闪的灯。每闪一下,就是一小份能量。打开烤箱,灯就闪得快多了:那是 Rápido 出现在我们眼前。

▶ 原文在此处有一段视频,发布在领英上: 在领英观看视频.

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在每一段视频里,三个兄弟总是坐在同一个位置,总是同一种颜色:Onde 是绿色,Rápido 是蓝色,Empurrão 是橙色。到第三段视频,观众已经不需要读字了:一眼就认出来。

3. 感觉到的总是 Empurrão

把这些视频放在一起重看,会出现一个几乎没有教科书强调的规律:系统不对它拥有的东西作出反应,也不对它前进的速度作出反应。它们对变化作出反应。

插图 3:只能感觉到 Empurrão。加速和刹车时,身体有感觉;以每小时 120 公里匀速行驶时,什么也感觉不到。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
插图 3:只能感觉到 Empurrão。加速和刹车时,身体有感觉;以每小时 120 公里匀速行驶时,什么也感觉不到。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

这就是为什么惯性在电网中如此关键:它不能阻止 Empurrão,但能让它更柔和。这也是为什么在工程中,过渡过程比稳态更费成本。

4. 当 Onde 开始发号施令

到目前为止,Empurrão 指挥 Rápido,Rápido 指挥 Onde。但有些系统里会发生一件新的事:Onde 也开始指挥 Rápido。绳子首尾相接成了一个圈,这叫作反馈。

要理解所有这些系统,只需要一只用四种方式安装的水桶:

表 2:四只水桶。同一只桶,用四种方式安装,就有四种不同的表现。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
表 2:四只水桶。同一只桶,用四种方式安装,就有四种不同的表现。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

要给任何系统分类,只需要一个问题:

“如果 Onde 翻一倍,Rápido 会怎样?”

不变:Balde Sem Ralo(没有排水口的桶)或 Banheira(浴缸)。减少:Balde Furado(漏水的桶)。增加:Bola de Neve(雪球)。

插图 4:四只水桶和它们的曲线。同一只桶,用四种方式安装,得出四条曲线:一直在装、按部就班地停下、自己刹住,或者一路飙升。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
插图 4:四只水桶和它们的曲线。同一只桶,用四种方式安装,得出四条曲线:一直在装、按部就班地停下、自己刹住,或者一路飙升。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

▶ 原文在此处有一段视频,发布在领英上: 在领英观看视频.

5. 漏水的桶:短缺与富足

第三只桶值得单独讲一个故事,因为它藏着最重要的一课。

家里的院子里有一只桶,桶底有个洞,就放在菜园的水龙头下面。爸爸打开水龙头。水往上涨……10 厘米……14 厘米……然后停住了。水龙头还开着,水位却不再上涨。

为什么?因为桶里的水越多,从洞里流出去的力量就越大。到了某个时刻,流出去的水和流进来的一样多。

短缺不是一只空桶。它是一只不停地工作、却永远装不满的桶。

爸爸提出两个办法。第一个,把水龙头开到原来的两倍:桶装满了,溢了出来。第二个,水龙头保持不变,把洞堵住一半:桶装满了,也溢了出来。溢出来的水浇灌了周围的菜园。

你把桶提起来,发现了第二个洞,打得很整齐,还连着一根小管子通到邻居家的院子。爸爸把它堵上后,桶又溢了出来,用的还是原来那个水龙头。

富足不是装满的桶:而是多出来、流到别人那里的水。

▶ 原文在此处有一段视频,发布在领英上: 在领英观看视频.

插图 5:走出短缺的两条路。把水龙头开大一倍,或者把洞堵住一半:两只桶都溢了出来。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
插图 5:走出短缺的两条路。把水龙头开大一倍,或者把洞堵住一半:两只桶都溢了出来。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

给想看数学的人。根据托里拆利定律:

由于平衡水位取决于 (Q/a)²,把损失减少一半,恰好等同于把进水量翻一倍。视频还显示了一个区别:效率这条路溢出得更慢,产生的盈余更少,但只用一半的水。稳健的政策会同时使用这两个杠杆,并按各自的成本来决定先后顺序。

第二个洞留下的教训是:在向水龙头要更多的水之前,先看看是谁在桶上打了洞。

6. 方程,放在最后

直到现在,在三个兄弟已经在九种情境中被看见、被感觉、被认出之后,才值得用数学语言把他们写出来。这个顺序是有意安排的:先有意义,后有符号。

插图 6:记忆卡。没有点:我在哪儿。一个点:以什么速度。两个点:在变化。而 ∫ 是一个拉长的 S,代表“求和”(葡萄牙语 Soma)。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
插图 6:记忆卡。没有点:我在哪儿。一个点:以什么速度。两个点:在变化。而 ∫ 是一个拉长的 S,代表“求和”(葡萄牙语 Soma)。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
表 3:用数学语言描述三个兄弟。每个兄弟都有一个数学名称、一种写法、一条记忆规则和在图上的一种读法。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
表 3:用数学语言描述三个兄弟。每个兄弟都有一个数学名称、一种写法、一条记忆规则和在图上的一种读法。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

三条口袋规则概括了要点:

  1. 数点。x 上面没有点:我在哪儿。一个点:以什么速度。两个点:在变化。
  2. 数“每秒”。每个兄弟都比前一个多一个:m、m/s、m/s²。kWh、kW 和 kW/s 也是一样。
  3. ∫ 是一个拉长的 S,代表“求和”。所以 x(t) = x₀ + ∫ ẋ dt:Onde 是 Rápido 的累加。求导是往下走一个兄弟;积分是往上走一个兄弟。

四只水桶每只都能写成一行:

表 4:用一个方程描述四只水桶。每只桶一行;最后一列的问题就是区分它们的那个问题。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
表 4:用一个方程描述四只水桶。每只桶一行;最后一列的问题就是区分它们的那个问题。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

学校在哪里教这些,又在哪里不教

这是作为工程师最让我担忧的一点。在葡萄牙的学校里,导数的正式语言来得晚,而且只教给少数人:

表 5:学校在哪里教导数,又在哪里不教。导数的正式语言到第 11 学年才出现,而且只出现在部分方向的课程中。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com
表 5:学校在哪里教导数,又在哪里不教。导数的正式语言到第 11 学年才出现,而且只出现在部分方向的课程中。图中文字为葡萄牙语。© Aprecisa.com

结论令人不安:相当一部分学生读完中学,却从未给 Rápido 和 Empurrão 起过名字,尽管他们每天都在车上、在电费单上、在手机上感觉到它们。

而且问题并不止于中学。法律工作者、政策制定者、地方官员、公共管理者、监管者和记者每天都在和变化率打交道:通货膨胀、利率、合同功率、期限、赤字、预算的执行速度。他们中很多人走的是从第 10 学年起数学就成为选修课的道路:例如,法学院招生考的是葡萄牙语、哲学或历史。经济学家是另一种更微妙的情况:他们学过导数,因为经济学专业要求 Matemática A(中学阶段要求最高的数学课程)。但 Ciências Socioeconómicas(社会经济科学)方向不包括物理和化学。他们会对需求曲线求导;却很少有人向他们解释过电网的惯性。

1989 年,我坐下来参加 Prova Geral de Acesso(高等教育入学统一考试)。作文题目是“O Analfabeto do Século XXI”(“21 世纪的文盲”)。同一年,8 月 29 日的 Decreto-Lei n.º 286/89(第 286/89 号法令)批准了新的课程计划;中学课程计划载于该法令所附的第 4 至第 7 号附表,试行至 1993—1994 学年,随后全面推行。正是在附表里,而不是在正文条款里,决定了数学不再是所有人的共同课程。在第 5 号附表中,中学的通识教育部分(葡萄牙语、哲学导论、外语、体育)不包括数学。在第 6 号附表中,数学只是专业教育部分的科目之一,学生从中选三门。该表的注释 (d) 甚至提到“课程中有数学的学生”,从反面承认了没有数学的学生的存在。2012 年,Decreto-Lei n.º 139/2012(第 139/2012 号法令)附件四再次规定科学—人文类课程的通识教育不含数学(葡萄牙语、外语、哲学、体育),把数学留给各课程的专业教育。而 Portaria n.º 243/2012(第 243/2012 号部长令)在附件五中规定了语言与人文方向的课程计划:唯一的数学科目 Matemática Aplicada às Ciências Sociais(应用于社会科学的数学)只是五门两年制选修课之一,第 12 学年的年度科目中没有一门是数学。这个结果至今未变:一个人可以在没有任何数学科目的情况下读完中学。国家预见到了 21 世纪的文盲,紧接着又用立法为他铺好了路。我在 O Abismo do Rigor — Da Engenharia da Auditoria ao Resgate da Nação(《严谨的深渊——从审计工程到拯救国家》)第一章中分析的,正是这种无声的截肢:我们这个时代的文盲,不是不会读字的人,而是不懂变化率却在治理的决策者。

这也是为什么这个故事要从父母讲起。概念不必等到第 11 学年;只有正式的写法才需要等。

7. 今晚,在晚餐桌上

就孩子这一天里的任何一件事,问他这三个问题:正在充电的手机、洗澡、上学的路、存钱罐。

  1. Onde:什么在积累?
  2. Rápido:以什么速度?
  3. Empurrão:是什么让这个速度改变?

如果他已经读到第三阶段(第 7 至 9 学年),再问第四个问题:如果 Onde 翻一倍,Rápido 会增加、减少还是不变?

然后用你工作中的三个系统给自己做同样的练习:电子邮件收件箱、客户名单、某个项目的预算。在评论里写下你选的系统,以及你把它归入了哪一只桶。最难的案例,几乎总是最能说明问题的。

走到这一步,一个导数也不用写。孩子不需要知道积分是什么,也能明白 Onde 是 Rápido 的累加,明白只能感觉到 Empurrão,明白有些桶只要没人去看那个洞,就永远装不满。

数学是之后才来的,用来确认已经理解了的东西。这才是正确的顺序:先有意义,后有公式。在 A Fundação da Verticalidade: Da Engenharia da Soberania à Construção do Futuro(《垂直性的根基:从主权工程到建设未来》)中,我把这条原则称为从 Know-How(知其然)到 Know-Why(知其所以然)的转变:在知道怎么算之前,先知道为什么。

延伸阅读。这个问题在课程设置上的根源——“Quilómetro Zero da Negligência”(“疏忽的零公里”)——以及它对能源、基础设施和公共决策的影响,正是 O Abismo do Rigor — Da Engenharia da Auditoria ao Resgate da Nação 的主题,该书已有电子版。

Gaspar do Amaral

参考来源:

插图、表格、视频和封面:© Aprecisa.com

方法说明

本页是什么。本文译自作者于 2026 年 10 月 1 日在领英发表的文章;完整的葡萄牙语版本见本站。

保留葡萄牙语的名字。三个兄弟(Onde、Rápido、Empurrão)和四只水桶(Balde Sem Ralo、Banheira、Balde Furado、Bola de Neve)保留葡萄牙语名字,也就是插图和表格中的名字,首次出现时在括号内附译名。葡萄牙的法律、学校课程和考试保留原名,并在括号内加说明;来源标题保留葡萄牙语,只翻译注释。

形式上的改动,而非内容上的改动。插图和表格按原样复制,文字为葡萄牙语,图注已翻译。原文的十段视频发布在领英上;在每段视频的位置放了一条附有该帖子链接的说明。领英版本中的分隔线和装饰符号(表情符号)未予保留。

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Gaspar do Amaral · 葡萄牙语原文发表于本站,日期为2026年10月1日;译本发布于2026年10月27日 · 图表 © Aprecisa.com · 借助人工智能