主题：【翻译】可再生能源－－消除温室效应 1序 -- hwd99

25 依靠其它国家可再生能源

不管21世纪地中海变得更加合作或更加冲突，都对我们的安全非常重要

Joschka Fischer，德国外交部长，2004 2

我们发现，我们很难离开化石燃料，依靠自己的可再生能源。核能也有它的问题。我们还能做什么？好的，依靠国外可再生能源如何？不是我们有权得到国外的可再生能源，而是国外也许会卖给我们。

可再生资源基本上与土地相关：如果你想使用太阳能电池板，你需要土地来安装它。如果你想种植庄稼，获得生物质能源，也得需要土地。Jare Diamond在其《崩溃》一书中观察到，人类社会崩溃有很多因素，常见的因素是人口密度变得太大。

英国和欧洲因为人口密度很大（表25.1）而陷入困境。所有可再生资源都很分散，能量密度很低。当我们需求帮助时，我们应看其它国家三个方面：第一，低人口密度，第二：面积大，第三：可再生能源密度高。

表25.1 单位面积能量密度 （单位：W/平米）

风能 2

海上风能 3

潮汐 3

潮流 6

太阳能板 5－20

生物质 0.5

雨水（高地） 0.24

水力能 11

太阳能烟囱 0.1

聚光太阳能 15

表25.2 能够帮助我们的国家，例如，利比亚人口密度仅是我们的1/70，面积是我们的7倍，其它面积大，人口少的国家如哈萨克斯坦，沙特，阿尔及利亚和苏丹。

国家或地区 人口 面积 人口密度 每人面积

万人 万平方公里 人/平方公里 平米

利比亚 576 175 3 305000

哈萨克斯坦 1510 271 6 178000

沙特 2640 196 13 74200

阿尔及利亚 3250 238 14 73200

苏丹 4010 250 16 62300

世界 644000 14800 43 23100

苏格兰 505 7.87 64 15500

欧盟 49600 433 115 8720

威尔士 291 2.07 140 7110

英格兰 4960 13 380 2630

在所有国家中，我认为最有希望的可再生能源是太阳能，特别是聚光太阳能，使用镜子来聚光太阳能。移动镜子跟踪聚光太阳光的方式和能源利用方式，聚光太阳能有几种，包括斯特林发动机，高压水和融熔盐做传热介质，主要作用是收集单位面积上能量密度很低的太阳能。

一项技术

图25.3碟式太阳能聚光/斯特林发动机技术

图25.4 西班牙正在建设的Andasol槽式聚光太阳能发电站 100MW

有人认为，撒哈拉沙漠能够提供100*100公里的土地来生产太阳能满足全球需要。按照平均密度15W/平米，如果所有土地都得到充分利用，没有闲置，最总功率达到150GW。这比全世界消耗的能量15000GW，包括电能2000GW都小得多。所以正确的描述是提供1000*1000公里＝1百万平方公里土地，满足我们的需要。这个面积相当于4倍英国面积。为了供应全世界，我们需要增加更多的能源供应。例如，让人均达到欧盟的水平，每天125kWh/天，需要生产太阳能的面积是2个1百万平方公里。

幸运的是，撒哈拉不是唯一的沙漠，还有其它地方。与欧洲相邻的沙漠是那里？为了供应欧洲和北非的能源，按照欧洲人均消费水平，需要多大面积？假设总人口是10亿，需要的面积是34万平方公里，对应600*600公里，等于德国面积或1.4个应面积，或16个威尔士面积。

英国需要一个威尔士面积：145*145公里，就能供应英国现有的能源消费。参见图25.5.这个面积与非洲相比很小。

图25.8 每个圆圈代表占地面积1500平方公里太阳能电站，总功率10

GW，可为10亿人每人每天供应16kWh电。

沙漠计划

有个沙漠计划组织正在推进一个使用聚焦太阳能技术，在地中海太阳能丰富的国家生产电能，通过高压直流线路输送到欧洲。高压直流电输送技术已经在1954年开始投入应用，可通过高压线或海底电缆。在南非，中国，美国，加拿大，巴西和刚果等地，有超过1000公里的输电线路。典型的500kw线路能输送2GW。例如巴西一条高压直流线路输送6.3GW。

高压直流输送线路比传统高压交流线路有优势，减少了设施，输送的能量损失减少。3500公里线路损失，包括交流直流转换和线路损失，总计约15%。另外一个优点是，它们与电网相连时，能够稳定电网。

在沙漠计划，主要使用的是沿海地区，太阳能电站可以同时生产脱盐海水，作为副产物，对当地是很有用的，可以用来农业生产。表25.6给出了在各国的生产能力估算。经济生产能力大于为10亿人提高每天125kWh能量。而沿海生产能力能够为10亿人每人提供16kWh电能。

让我们在地图上看看，实现这个计划后会如何。假设每套太阳能发电系统面积是1500平方公里，等于伦敦的面积。在每个电站，一半面积拥有收集太阳能，能量密度是15W/平米，其它区域拥有农业，建筑，铁路，公里，管道和电缆。假设电从电站传输到用户手里有10%传输损失，图25.8给出了电站分布图。四个这样的电站就能供应英国所有电能消耗（6000万人每人每天16kWh）。65个这样电站就能供应欧洲和北非10亿人。图中列出了68个电站布置。

聚焦光伏发电

图25.9 峰值功率25kW聚光太阳能发电装置面积225平米

另外一个方案是大规模聚焦光伏发电系统。为了实现这个方案，我们在聚光镜焦点上按照太阳能电池板。Faiman等在2007说，聚光太阳能光伏发电可以在加州，亚利桑那，新墨西哥和得克萨斯等地同化石燃料竞争，不需要任何补贴。

按照制造商Amonix提供数据，这个方案能够提供的能量密度达到18W/平米。

另外一个让人容易理解的是，一个峰值功率25kW的装置，如图25.9，每天可以产生138kWh电。美国生活方式需要每人每天250kWh，如果使用太阳能来满足美国人的能源，每个人需要15*15米的太阳能系统。

问题

我被搞糊涂了。在第6章，你说，在英国典型气候下，最好的光伏电池板的能够生产20W/平米，按照这个数据，在沙漠，该电池板应该能够生产40W/平米。为什么到了聚光太阳能电站，生产能力降低到15－20W/平米。难道聚光太阳能发电比不上平板太阳能电池板？

好问题，答案是是的。聚光太阳能发电在单位面积土地上，不能比平板太阳能电池板获得更多能量。聚光太阳能发电需要跟踪太阳，否则太阳光就不能被聚焦。你需要流出空间。许多太阳光照到间隙上流失了。聚光太阳能系统的优势是低成本，而平板电池板成本很贵。土地很便宜。我们的目标是降低单位成本。

你说太阳能电池板的能量密度更大，为什么不在撒哈拉使用它？

我讨论的是2050年欧洲和北非的实际选择。我猜，到2050年，镜子的价格比电池板便宜，因此，我们还是选择使用聚光太阳能。

太阳能烟囱如何？

25.10 太阳能烟囱发电设计方案

太阳能烟囱使用一个高塔来收集太阳，非常简单。一个巨大太阳能烟囱是在中心建一个类似烟囱，周围覆盖透明材料，内部空气被太阳能加热，上升进入烟囱排出。使用叶轮从烟囱气流中收集能量，生产电能。建筑很简单，但是，单位面积上收集的能量很低。在西班牙Manzanares，1982－1989年建设运行了一个试验装置，烟囱高度195米，直径10米，收集系统直径240米，面积包括6000平米玻璃，4万平米透明塑料，每年生产44000kWh电能，对应每平米0.1W/平米。理论上，收集器越大，烟囱越高，能量密度就越大。工程师们根据该试验规划了一个系统，包括一个搞1000米烟囱，直径7公里收集系统，每年能够产生680GWh电能，平均功率是78MW，能量密度是1.6W/平米。类似单位面积上风能，是聚光太阳能密度的十分之一。据说成本类似常规电站。我建议，在土地资源丰富的国家，分别试验太阳能烟囱和太阳能聚光发电技术。

从冰岛获得能源如何？冰岛的地热能和水力能很丰富。

冰岛利用丰富能源生产耗能大的产品。例如，每个冰岛人人均年生产一吨铝。从冰岛人观点来看，这样利润很好。冰岛能拯救欧洲吗？如果冰岛能够扩大电能生产，满足英国的需求，我会很惊奇。比较一下，英法之间的输电线路能够输送2GW，等于每个英国人每天供应0.8kWh，等于5%的供应量。冰岛地热能生产能力仅0.3GW，比英国1%电耗水平还低。冰岛电能生产能力是1.1GW。因此，要达到从法国输送到英国的电能输送能力，冰岛必须将它的现有生产能力提高2倍。为了给我们每人提供4kWh（约等于我们的核电），冰岛发电能力必须提高10倍。建设到冰岛的输电线路是个好主意，但是，别指望它能提供较大的贡献。

• 【索引】有关“全球变暖”问题的讨论整理汇总(三)