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主题:【翻译】可再生能源--消除温室效应 1序 -- hwd99

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家园 为什么我们可以依赖太阳能

为什么我们可以依赖太阳能

吴辉先生提出了一个观点,就是太阳能已经完全被用于加热地球等作用了,按照热力学第二定理,无法被用来作为人类的动力能源了。在此基础上论证可再生能源不可靠,因而主张停滞是硬道理,按照这个结论,人类今后的发展方向就需要重新大调整,回到过去的农业社会。但是,这个观点并不正确。这里简要分析,为什么说太阳能完全被利用了的观点是错误的,我们可以依赖太阳能:

1、 热力学第一定理告诉我们,能量是守恒的,既不能产生,也不能消灭。也就是说,太阳光能即使变成电能,用做动力能源,也都会变成热能,用来加热地球,最终变成低温热能。这与太阳能直接被地面吸收,变成热能的效果是一样的,也就是利用太阳能产生电能,不会对地球温度产生影响。很多人都错误理解了热力学第一定律,包括某些能源专家。例如,下面这个故事据说是实际发生的,话说一个单位要安装一台大型计算机,一位著名的能源专家起初认为空调功率应依据房间面积,按照普通房间设计,不需要考虑计算机散热功率。而实际上,计算机工作时,需要输入电能,这些电能最终都变成热能,所以,计算机需要散热,其散热量等于电能输入量,计算机房空调设计时,需要考虑计算机散热。

2、 太阳光不是热,更不是低温废热,它是一种光能,经过大气吸收和反射,约40%能量损失了,一部分被大气吸收为热能,还有一部分被大气反射到太空,平均还有60%左右能量到达地面。通过光伏装置,理论上太阳光转换为电能的效率可大于70%,实际商业化产品的效率,普通硅电池超过10%,砷化镓多结电池可大于30%;通过聚光光热装置,通常可以获得温度大于2000摄氏度的高温热源,然后发电,实际系统做出的效率也达到近30%。这些都有很多商业产品,大量安装发电了。但是,安装量离取代燃煤电厂,供应人类电力还差之甚远,还需要大幅度增加安装量,还需要改进效率,降低成本。

3、 植物利用太阳能的效率是太阳光能转变为化学能的效率,理论上不超过4-6%,实际效率低于1%,大多数植物的效率低于0.1%。这方面有大量的文献和试验研究工作。

4、 热力学第二定理说的是高温能源可以转换为机械能,转换效率与热源温度有关,热源温度越高,理论效率就越高。它与光能转换为电能的效率无关。

5、 关于土地面积:到达地面的太阳能超过目前人类需求1万倍以上,在发电效率可以达到30%情况下,只需要1%以下土地就可以,对中国来说,以前简单估计过,需要5万平方公里左右沙漠,就能生产出足够的电能。

6、 关于储能:太阳能主要是昼夜不均匀,可以使用储热解决。增加储热,国外规模化的试验表明,光能转换为电能效率会下降1-2%。

7、 关于成本:成本高是相对化石燃料,当化石燃料走向枯竭,价格会不断上涨,总有一天会有价无货。所以成本不是关键问题。关键问题是投入到太阳能系统制造上的能量,能不能小于太阳能系统收集的能量,能不能有净能量产出。如果投入的能量大于输出的能量,显然就没有意义。这方面有大量评估,特别是太阳能光热系统,一般还是认为有净能量产出,值得投资的。

附吴辉原文:

外链出处

那么太阳能有多大的潜力?

未来的太阳能利用,包括热水器之类的热利用,和光伏发电之类的电利用,都不可能超越绿色植物。

第一是土地面积。光伏发电的场地,绝对不可能有绿色植物那么大,把菜地、田边、屋角的每一寸空地都利用上。还有就是海洋,海洋也有藻类的光合作用,这个是人类无法达到的。绿色植物用尽了地球的每一寸土地,这是极限,是任何光伏发电之类的人工装置,所无法达到的极限。

第二是成本。光伏发电的硅片,需要制造,需要消耗额外的矿物能源,需要投入人工的管理。但是绿色植物,不需要人类的管理,完全自动自发。不需要任何成本。光伏发电成本高,决定其繁殖复制能力差,不可能演化成为固定太阳能的主导者。

第三是储能。绿色植物依靠葡萄糖储能,二氧化碳 和水随时随地都能供应,非常方便。光伏装置靠什么储能?目前最大容量的人工储能装置,是抽水蓄能。设计一高一低的两个水库,利用低谷电,把水从低库抽到高 库,在用电高峰时,把水放下去发电,弥补高峰负荷的不足。这个非常损失能量,但也是人类已经能够想出的储存能量的最聪明的装置。那么光伏发电所发出来的能 量,能不能用抽水蓄能呢?

我们有一个最大的抽水蓄能装置,就是太阳把全世界的水,全部抽到天上,从天上落下来。你那个光伏发电,还经过了转化损耗,抽水的能量能比得上太阳直接照射吗?你那个面积还那么小,怎么可能比得上太阳照射在整个地球上的抽水能量呢?

但是整个太阳的抽水蓄能,能有多大?这个抽水蓄能就是水力发电!这个已经被我们所利用完了!但是水能只占到整个人类能源消耗的8%!

第四是固能的效率。绿色植物是光能常温转化为化 学能,这是能源转化的极限。用水蒸气推动涡轮机发电,所排出的废气中,温度非常高,这一部分废气的能量没有被完全利用。但是绿色植物的能源转化,废物是在 常温下被排出,已经被榨干了每一滴能量。这个被榨干了的废物中的能量不可能再被利用,否则就违背了热力学第二定律。

第五是能源利用的精确性。我们把光伏装置所发出的电,用来推动汽车空调电梯,这简直是一个笑谈。汽车空调电梯,都是矿物能源大量爆炸的产物。一旦矿物能源没有了,靠太阳能装置所固定的那点可怜的能量,还能用来推动空调?

穿棉袄,不用电,岂不更节省?

穿棉袄也能保暖,但这个效率比空调不知道高到哪里去了。空调的 制热,把整个房间都加热了,这多浪费?但是穿棉袄,我们只加热一点点东西,就是身体。身体本身的暖气,其实就是食物燃烧所生发。食物来自太阳能。所以太阳 能对能源的利用,通过食物链传导,这个效率比人工固能的光伏发电装置,要精确得多。

绿色植物的太阳能,只养住生命的本身,没有任何的能量浪费。在这个精确性面前,任何人工的太阳能固定装置,都将破产。

第六,太阳能其实已经完全被利用完了。根据太阳 常数1.367千瓦/平方米来估计,说地球能接收到太阳174亿万千瓦的能量,也就是相当于在地球上能建1亿个174万千瓦的电厂。这个数字看起来大,实 际上没有任何意义。因为太阳常数所估计的,是整个照射到地球的太阳光所包含的能量,这个能量大部分被逸散出去。被逸散出去的这一部分能量其实人类不能利 用。人类能够利用的,只能是太阳光的初始强度和逸散强度之间的差值。也就是说,太阳光照射到地面,能够利用的这一部分,都是名花有主,都对 地球的一切包括环境、生物、气候产生了作用。没有太阳的持续照射,地球两天之内就会降到零下160度。让地球稳定在常温,耗掉了大部分的太阳常数。而加热 地球之后的已经衰变的太阳能,人类却已经不能再用。那个能量已经到了常温,没有人类所能介入利用的动力表现。人类能截取的能量,一定要在常温之上,有动力 表现,譬如风能、水能、绿色植物(绿色植物内含动力)。没有动力表现的能量,按照热力学第二定律的推理,就是不能再利用的废热。所以站在热力学第二定律的 高度,就知道,太阳能其实已经被人类完全用尽。超越热力学第二定律,去把废热利用起来,是不可能的。


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