主题：【翻译】可再生能源－－消除温室效应 1序 -- hwd99

第二部分

19 每个大帮助

前面分析表明，我们依靠英国可再生能源，目前生活方式是不可持续的，我们还有什么选择，能是我们摆脱依赖化石燃料？我们可以减少需求，或增加供应或同时进行。

没有幻想。为了达到不使用化石燃料目的，减少需求和增加供应必须很大。不要被每一个小的帮助分心。如果每个人做一点，我们只能前进一点。我们必须做很多。在供需方面，我们需要的是大变化。

如果6千万人每人做一点，加起来，不是很多？不，让每个人均很小乘以总人数，使很小数字显得很大。下面是个例子：

移动电话充电器功率使1W，如果每个人使用的充电器，总数2500万个，都及时拔下，一年节省219GWh，相当于66000个家庭一年能耗。

66000？很大数字。关闭充电器！但是，与英国总家庭数字比起来，英国有2500万个家庭，仅占百分之0.25。因此，我认为，应该这样评价：

如果你将手机充电器插在插座上，它将使你一家消耗的能量增加百分之0.25。

要在需求上产生大变化，主要包括以下三个途径：

1、 减少人口

2、 改变我们生活方式

3、 保持生活方式但是提高效率，减少能量

要在 供应上产生大变化，主要包括以下三个途径：

1、 投资清洁煤炭技术。煤炭是化石燃料。但是，请别介意，让我们看看这个主意。如果我们使用可持续，它能提供多少？如果我们不关心可持续，仅关心能源供应安全，煤炭能提供吗？

2、 投资核裂变。目前核技术可持续？能否供应100年？

3、 我们可以从其他国家买、祈求或偷可再生能源。但是，大多数国家和英国在一条船上，没有多余可再生能源。来自其他国家可再生能源不会减少能源设施。如果我们进口可再生能源，减少我们建设的设施规模，其他国家就要增加建设。

下面七章将讨论如何大幅度减少需求。后面将讨论如何大量增加供应。这里主要讨论大幅度变化的主意，不讨论所有好主意。

图 英国能源消耗

解说英国

为了简化我们对需求削减的讨论，我建议使用卡通来介绍英国能源消耗，省略很多细节。能源消耗分三个部分：热能、运输能和电能。每人每天消耗热能是40kWh，现在主要有化石燃料供应。运输能耗也是40kWh，电能是18kWh。电能也基本来自化石燃料。化石燃料转化为电能效率是40％，等于消耗45kWh。这里省略了某些细节，如农业和工业生产，不包括进口货物。三个部分占总能耗一半以上。我们来看看如何减少。

首先我们看运输能耗如何减少？20章讨论交通，21章讨论热能需求；22章讨论电能效率。

供应部分：包括清洁煤炭、核能、其他可再生能源，分别在23、24和25章讨论26章讨论如何对付能源需要核生产过程中的波动。

在讨论这些问题以后，27章和28章讨论如何综合这些选择，知道计划，满足英国运输、取暖核用电需求。

我可以花很多页讨论50件你能做的事来改变，但是我认为，找到三条最大鱼是最有效率的。

对物品如何？根据第一部分，进口物资所包含能量也许是最大鱼。是的，它是房间里的庞然大物。但是我们还是将其放一边，讨论我们能直接控制的对象。

给没有耐心的读者

你渴望知道故事结尾？下面是第二部分总计。

第一：我们使用电动运输系统。电动可使运输系统不使用化石燃料，同时提高系统效率。当然增加了我们对绿色电力需求。

第二：补充太阳能热能，我们使用热泵，效率是电加热4倍以上。同样增加电力需求。

第三：绿色电力来自四个方面：我们的可再生能源、清洁煤炭、核能，以及进口电能。

进口电能中，沙漠太阳能是最可能的选择。通过合作，我们能从其他国家为每人每天进口125kWh 太阳能电能。

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18 我们能否依靠可再生能源

图18.1 能源消耗和可再生能源

能源消耗部分是每人每天195kWh，能源供应部分是180。非常接近。但是，我们在计算生产部分时，没有考虑成本，社会和环境限制。很多贡献之间相互矛盾，如光伏发电和光热利用不可同时得到。光伏电池发电厂占用的土地可能用在生物质植物生产了，后者在我们的估算中占用75％英国土地。如果我们考虑这些选择的成本，例如每人20万英镑做光伏电池等，我们就少了这样的可再生能源来源，因此，供应部分明显达不到消耗要求。

即使能耗低于能源供应，我们也不一定能满足要求。我们不能使用猫食来驱动电视工作，也不能用风力发电供应猫食。能量以不同形式存在，化学能、电能、动能和热。对可再生计划来说，我们需要数量和能源状态两个方面匹配。将能量从一种状态转变成另一种状态，例如在发电厂，从化学能转变成电能，或从电能转变成化学能，例如电解水生产氢气等，都会带来巨大能量损失。我们将在第27章讨论这个重要问题。

这里我们估算能量消耗和供应，将其同官方数据和其他人估计数据做比较。讨论英国能供应多少可再生能量。

我们在本章讨论的问题：

1、 能量消耗结果如何？平均每个英国人能耗是多少，官方数据和其他国家数据如何？

2、 我是否低估了可再生能源潜力？我们将比较其他组织估计，如可再生发展委员会，电工协会和替代技术中心。

3、 考虑社会和经济限制以后，可再生能源供应的变化？

能源消耗

在能源表中，我们估算的能源消耗是人们每天195kWh，我们很多人使用的能量超过它。平均每个美国人每天能耗是250kWh。如果我们每个人都达到美国人平均水平，则供应部分必然低于消耗。

平均每个欧洲人消耗的一次能源是每天125kWh，这与英国相同。官方数据不包括进口商品所消耗能量，我们在第15章估计，每人每天40kWh。官方估计仅包括工业能耗，不包括食物等所含有能量。

另外差别还包括我们忽略了能源转化过程中损失点能量。例如，在估算汽车能耗是，我们仅仅计算了汽油，不包括生产汽油需要在石油炼制过程中消耗能量。转化过程中能量损失，在英国能源消耗中占22％。大多数损失发生在发电站。在电网损失的能量约占1％。

我们的估算结果是否有偏向？是否是针对富人的？下面看官方数据：，图18.2显示终端用户能量消耗。最大两类是运输和供暖。它们在表中也占据主要。运输能耗包括：

能耗项目 燃料 人均数量（kWh/天）

――――――――――――――――――

公里运输 石油 22.5

铁路 石油 0.4

水运 石油 1.0

航空 石油 7.4

所有交通 电 0.4

―――――――――――

总计 31.6

主要能耗是公路运输。每天汽车50公里等于一年飞到南非开普敦一次。根据国家统计数据，飞行仅次于公路运输。

英国官方能耗数据与其他国家比较如何？图8.4显示俩许多国家人均能耗和国民产值。通常国民产值越高，能耗越高。英国是典型高国民产值国家，周围还有德国、法国、日本、奥地利、爱尔兰、瑞士和丹麦。香港国民产值大，但能耗小。香港人均产值与英国相同，但是能耗仅为80kWh/d/p。

图8.4 各国人均能耗和国民产值

从这些资料比较可以看成，英国是个典型欧洲国家，我们需要回答、英国是否能够依靠可再生能源获得高质量生活？

能源供应

人们常说，英国有丰富的可再生能源。是否我的估算是垃圾？我是否低估了可再生能源？我们来比较其他机构估算结果。首先是可再生能源委员会出版的报告：核能在低碳经济中的地位，减少二氧化碳排放――核能和替代能源。虽然报告对可再生能源的评价是正面的，但是，（总和）结果却比我的小。给出了四个机构平均结果，如图18.6是我的估算结果与它们及替代技术中心结果的比较。下面介绍每个来源

图18.6 英国可再生能源

IEE：电力工程研究所在2002年发布可再生能源报告，总计英国各种可能的贡献。图18。6中第二列技术潜力是上限数据，是不可能超过的数据。根据IEE，所有可再生能源潜力是每人每天27kWh。

Tyndall Tyndall中心估算总量是15kWh/d/p

IAG 部门间分析估算结果是12

PIU 根据2001年PIU综述，有DTI提供，给出的是最大潜力。

CAT 来自替代技术中心。

生物质能驱动的欧洲

很多人问我，我们过去工业革命前，依靠可再生能源吗？是的，但是不要忘记两件不同事情：生活方式和人口密度

400年前，欧洲经济依靠木材和庄稼，还包括一点风能、潮汐能和水力能，均是可再生的。估计平均每个人每天消耗能量20kWh。每天每人使用4kg目前，需要1公顷森林供应。欧洲在1700年人均土地52000平方米。在密度最高地区，人均土地面积是17500平方米。今天，英国人口密度是每人4000平方米。即使我们回到中世纪生活方式，将我们的周围都变成森林，我们也无法依靠可再生资源，因为我们的人口密度太大。

满足社会需要的绿色动力

图18.1给出结果是悲观的。是的，从技术上说，英国有巨大的可再生能源。但是，现实来看，我不认为英国能依靠可再生资源继续目前生活方式。这也是各种反对意见给出的结论。人们喜欢可再生能源，但是，除非足够多，大于我们的需求。如果英国人了解这件事，最好说不。

风力发电站：不，它们太吵了。

屋顶太阳能板：不，它们会搞坏街道景观。

更多森林：不，会破坏农村

垃圾焚烧：不，我担心健康风险、交通问题，灰尘和噪声

水力发电：是，但不要大水电，破坏环境

海上风力发电：我对丑陋的风力发电阵列非常讨厌，比纳粹入侵还讨厌。

波浪能或地热能：太贵了。

由于这些缺点，我担心英国可再生能源实际只能为每人每天提供18kWh。

考虑到噪声，图18、8中白色部分是村庄或城镇周围2公路范围，假定不能发展风力发电。所有离居民居住距离2公里以上地区是黑色。这些部分很多风力很小，不能发电。

一些环保主义者有好心，但思想糊涂，对解决气候变化是个障碍。

Malcolm Wicks 能源部长

我们对第一部分可以下结论了。我们要排除使用化石燃料，原因包括气候变化，安全问题等。图18.9显示我们目前供应的可再生能源和核能来源，它们仅占总量4％。

图18.9 今天英国可再生能源

第一部分主要结论包括2个方面：

1、 为了使可再生能源起作用，规模应覆盖全国。

2、 为了对目前能源消耗有一定贡献，必须使用国家规模。例如，风能，我们需要使用威尔士面积的地方来发展风能。太阳能需要半个威尔士，波浪能量需要500公里海岸线。生物质需要75％国土面积。

3、 制定可再生能力能源计划非常困难。如果我们关心不使用化石燃料，英国必须学会改变。

在第二部分，我将回答我们还有什么选择？

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17 公共服务

国家防卫能耗

我们来估算我们在军事方面的能耗：

2007－2008年，英国政府在军事方面支出是330英镑，占政府支出5870英镑6％。如果我们包括英国花在反恐方面支出，总支出是360亿英镑。

粗略估算，每kWh费用是2.7便士（来自平均能量价格），可以得到，在军事防卫上能量消耗是80TWh，包括制造子弹、炸弹、核武器等。对应每个人每天是4kWh。

核武器费用

从1945年到1996年，美国政府用于核武器制造和维护费用是5万5千亿美元（1996年美元）。核武器费用超过了联邦政府在教育、农业、培训、和社会服务，环境和资源管理、科学、技术、社区发展等，法律事务和能源制造等方面总和。我们根据上面数据，假设每kWh价格是5美分，则美国每个人在核武器方面能耗是26000kWh，等于每人每天1.4kWh。

这些核武器使用了吗？美国和苏联制造的以百万吨TNT当量。一吨TNT能量是1200kWh。轰炸日本广岛的核弹是15000吨TNT，等于1800万吨kWh。一个百万吨级核弹的冷是12以kWh。当它降临到1百万人口城市，等于每个人1200kWh。等于每个人120升石油。每个核武器总能量是24亿吨，有1万个核弹头。在过去对抗最严重时，美国核武库曾达到200亿吨。如果使用，相当于每个美国人10万kWh。这等于过去40年每人每天7kWh，等于每个核电厂供应量。

制造核武器原料能量

主要核武器原料是镤，美国制造了104吨，美国还制造了高纯铀994吨。制造这些材料需要能量。

制造一克镤，最有效率情况下，需要能量24000kWh，制造104吨镤消耗25000亿kWh能量，等于每个人0.5hWh/day/person。

制造高纯铀能耗更大。主要工作是分离235U和238U获得铀235。制造994吨铀235，等于每个美国人每天能量0.1kWh。

大学

根据时代高等教育增刊，英国大学每年消耗52亿kWh电。分配到每个人等于每天0.24kWh。因此，高度教育能量消耗远低于军事防卫方面。

还有其他一些公共服务能耗。

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16 地热能

来自两个方面：地壳内放射性物质衰减。以及来自地球核心的热能。地核释放热能是因为，原始地球是很热的，它在不断冷却和固化。

地热能是可再生能源，它一直有效，与天气无关。如果我们建地热能电站，我们能根据需要打开和关闭。

图 16.3 冰岛一家地热能电站

我们有多少地热能？我们可以计算两个方面：地壳表面平均能量和特定地点地热能，如冰岛。当然，最适合发展地热能电站的地方是地热丰富的地方。

减少地热能电站的困难在于热能从岩石传输到地面的限制因素和速率。就象使用草去吸取液体，你不知道什么时候吸取的是空气。液体数量有限，可是你不知道有多少，因而不可持续。

如果你从15公里深处获取热能，你会发现很容易产生沸水。你可以使用两个钻孔，一个注入冷水，另一个可以获得蒸汽，用来驱动蒸汽轮机发电。无限的电能？不，也许一段时间以后，地下岩石温度下降，你必须等待地核热能传输过来。也许正确的态度是，将其看成是一种资源，类似化石燃料。这将给我们另外一种能够提供100年左右能源的方案？本书主要对可再生能源感兴趣，下面我们来总结地热能。

可再生地热能

在一定深度下，地热能应是可再生的。这与取热速度有关。如果取热速度过快，导致地下越来越冷，超出地球传热速度，则不能看成是可再生的。

地热有两个来源，从放射性物质衰变和来自地核。从地心穿过地幔的能量密度是10mW/m2，地面热能密度是50mW/m2。因此，放射性物质衰变产生的热能是40mW/m2。

图16.4 地球温度分布

典型地面最大能量密度是50mW/m2。地热能品质低，是低等级热能。我们想使用它发电，所以我们必须钻孔到地下深处获取高温热源。在地下40公里温度是500度，在地面，热能密度最大，但温度最低，地下40km处，温度高但热能密度低（缺少了放射性衰败产生的能量）。有一个最佳深度。这与我们使用的电站设备有关。如果目标是最大可再生功率密度，我们可以为理学发电机找到最近深度。

根据温度分布，我计算最佳深度是15公里。能量传输密度是17mW/m2。如果使用所有陆地，根据世界人口密度为每平方公里43人，每人每天获得能量是10kWh。英国人口密度大5倍，因此，地热能可再生能量是每天每人2kWh。

这是可再生地热能情况，不考虑特殊热点。减少电站发电机效率是理想的，假设钻孔深度是任意的。钻15公里孔是可能的。

将地热能看成是矿藏

另外一个策略是将地热能看成是矿藏。在加强获取地热能情况下，我们钻两个孔，深度5－10公里。将冷水打入地下，获得热水和蒸汽。用来发电和送热。英国地热能资源如何？很不幸，英国资源不多，主要集中在Cornwall，1985年在Rosemanowes进行一些地热试验，现已关闭。咨询人员估计，在英国使用地热能发电，在短期和中期内，经济上和技术上都是不可行。那么资源如何？最大估计约130000TWh，可以为每个英国人每天提供1.1kWh持续800年。

世界其他地方的地热能资源，可以咨询当地。在英国，地热能的贡献是微不足道的。

南安普顿不是在使用地热能？它们使用多少？

是的，南安普顿地热能中心计划，在2004年是英国唯一计划。它提供城市热水。地热能井是一项良好供冷热电项目的一部分。地热冷贡献70GWh能量中15％，当地人口是217445，人均获得地热能是0.13kWh/d。

图16.6 地热能贡献

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15 物品：

生产和使用物品是消耗能量的主要过程之一。在原料生命周期内，主要有三个过程，首先，新生产物品摆放在商店货架上，叫做商品。当它被买走以后，撤去包装，就从商品变成用品。在使用者手中将存放几个月或几年。最终，人们会将其作为废物扔掉。主人会让人将其运走。

如果我们要明白，这个过程消耗的能量，我们需要看整个什么周期内的能量变化。通常叫生命周期分析，可用于从电吹风到轮船的能量消耗分析。主要分四个阶段：

原料准备阶段：生产原料，包括采矿、熔化、纯化、在制造厂炼制，例如塑料、玻璃、金属、陶瓷等。这个阶段消耗能量还包括运输原料到不同地点。

生产阶段：在这个阶段，将原料处理得到产品。在工厂，绕制电吹风电阻线。制造外壳，装配零件等。这个阶段能耗还包括保证和运输。

使用阶段：不管是电吹风还是远洋货轮，使用时，都需要消耗能量

处置阶段：这个阶段包括将废弃物品填埋、或拆解回收利用，还保持清除相关污染物。

为了得到物品在整个什么周期的能量，我们必须估算四个阶段能耗，将它们加和。通常会有一个阶段能耗起主导作用。因此，我们只要估算主导能耗阶段。如果我们希望减少总能耗，也应当首先关注主导过程，同时注意，不要增加其他三个过程能耗。

这里我们不分析所有物品的能耗，只选择激光代表性例子：饮料瓶、计算机、电池、垃圾邮件、汽车和房屋。主要关注原料和生产阶段能耗。我们称所消耗能量为所含能量，这个词很不准确，因为能量不是包含在物品内的。

饮料瓶：

假设你喜欢喝可口可乐：每天喝5听。将饮料铝罐扔掉。对这个物品来说，原料阶段能耗是主要的。制造金属，特别是铝，是非常耗能的。制造一个饮料铝罐耗能0.6kWh。因此，每天喝5听可口可乐，消耗能量是3kWh。

使用聚对苯乙二酸乙二脂制造的500毫升水瓶，重25克，所含能量是0.7kWh，比铝罐还差。

其他包装材料

平均每个英国人每天扔掉400克包装材料，主要是食品保证袋。每公斤包装材料所含能量从7－20kWh。制造原料从玻璃、纸张、塑料和钢材。按照典型的能量10kWh/kg计算，平均每人每天使用包装材料，消耗能量4kWh。废弃包装材料在焚烧时，回收了部分能量，参见第27章。

计算机

制造一个个人计算机，消耗能量是1800kWh。如果您两年买一台计算机，对应的能耗是每天2.5kWh。

电池

一个可充电镍镉电池，储存0.001kWh电能，重25克，需要1.4kWh制造能量。如果处理能量相近，每个月使用两个这样电池，则每天需要0.1kWh/d。因此，使用电池所消耗能量是比较小。

报纸、杂志和垃圾邮件

铁路站免费分发的30页报纸，重90克。剑桥每周新闻，有56页，重150克。独立报有56页，重200克。一份56页广告杂志和32页剑桥顶点杂志（Cambridgeshire Pride Magazine）分别重100和125克。

这些报纸和杂志同样消耗能量。包括制造和运输。每公斤纸消耗10kWh，因此，到达每个人手里的报纸、杂志和垃圾邮件约重200克，相当于能量2kWh。

如果我们回收纸张，可以节省一半能量。焚烧纸张回收能量很少。

大件物品

最大的物品是人们的房子。

在H章，我将估算新建房子消耗的能量。假设房子能住100年，估计的能量是每天每人2.3kWh。这仅仅是毛坯房。，包括基础，转、屋顶等。如果每座房子住2.3人，则每个人每天1kWh。

小汽车和道路？我们很多人拥有汽车，我们共享公路。一辆新汽车所含能量是76000kWh，如果你使用15年，每天将是14kWh。Treloar等通过生命周期分析，澳大利亚公路所含能量是每米7600kWh。假设维护能耗，在40年间，是每米35000kWh。使用这个数据来估算英国，英国有28000英里公路，我们每个人每天是2kWh。

物品运输

前面我们主要分析个人相关的能耗，例如买衣服，和独立报，你将增加2kWh，下面我们将讨论公共性能耗，考虑全国性能耗，然后将其均分到每个人身上。

货物运输使用吨公里来计量。将一吨康沃尔馅饼运输到580公里外，我们说运输量是580吨公里。英国公共运输能耗约为每吨公里1kWh。

当一艘货船运输5万吨货物到1万公里外，运输量是5百万吨公里。船运能耗是每吨公里0.015kWh。这说明船运效率比公里运输高得多。

公路运输：

2006年，英国公里运输货物总量是1560亿吨公里，分到6000万英国人头上，每个人每天是7吨公里，等于每人每天消耗1kWh。运输的货物，四分之一是食物、饮料和烟草。

水运

2――2年英国港口运输5亿6千万吨货物，Tyndall中心估算每个人每天能耗约4kWh。

运送水

水不是一个令人注目得物品，但我们用量很大，每个人每天160升。同时，我们也产生同样数量得污水给水处理公司。泵送水和废水消耗的能量是每天每人0.4kWh。

脱盐

目前英国消耗在盐水脱盐上能量很少。但人们正在讨论建脱盐工厂。将盐水转化成饮用水，需要消耗多少能量？耗能最少的方法是反渗透。制造一个反渗透膜，让盐水通过，给盐水加压以后，透过膜的水就是纯水。由于纯水熵很低，我们从盐水中分离出纯水，必然消耗很多能量。

Jersey岛上按照了一个每天制造6000吨纯水的工厂。包括从海里抽水的水泵在内，整个系统功率是2MW。每方水能耗是8kWh。每个人消耗水量是160升，则使用海水脱盐水，每个人每天需要1.3kWh能量。

物品零售

英国超市每天消耗能量是11TWh。平均给每个人是每天0.5kWh。

输入物品

在标准计算英国能耗和英国碳排放时，没有计算进口物品。英国过去使用自己制造的商品，1910年我们的人均产值就象今天的美国哪样大。现在英国不制造那么多货物，因此，我们的能耗和碳释放降低了一点。但我们喜欢各种商品，从其他国家进口。我们是否英国忽略这些商品的制造能耗，因为它们是进口的？我不这样认为。Dieter Helm和他的牛津同事估计，如果考虑进口和出口，英国碳排放量是现有每人每年11吨两倍，准确说是11吨。这表明，每个英国人最大的能耗来自进口商品的制造。

在H章，我将讨论英国进口货物重量，除进口燃料外，平均每个英国人进口2吨货物，其中1.3吨是汽车、机器、白色电器等。等于每人每天4公斤物品。制造这样的货物，每公斤消耗10kWh。我估计，这些货物，包括汽车、冰箱、微波炉、计算机、复印机和电视机等，含有能量是每人每天40kWh。

总计以上各种能量，我得到每个人每天48kWh，用于制造商品，包括进口40，报纸2，公路制造2、家庭物品1和报纸材料3。另外包括运输能耗12kWh，包括公路运输、海运和管道运输。还要超市储存食品能耗。

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14 潮汐

月亮绕地球转动，又一起绕太阳转动，每年转一圈。而月亮绕地球转动，每28天转一圈。地球每天绕自转周旋转一周。这些旋转受万有引力和旋转产生的惯性作用控制，处于平衡。但是，也会存在局部的不平衡。它们导致潮汐现象。

潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，通常月亮产生的引力比太阳大三倍以上。因此，太阳和月亮是否排列成线对潮汐影响较大。满月和新月时，两种排列成线，相互加强，导致大潮，每2周发生一次。在两个时间中间，不平衡相互抵消，潮汐较小。称为小潮。大潮强度约等于小潮2倍：潮差相差2倍，潮流也相差2倍。

为什么每天有2个高潮，和2个低潮。如何地球是一个完美的球体，被海上覆盖。则月亮引力会导致地表水的形状向橄榄球形状改变。住在赤道上人会感到每天二次水位上升和下降：一次是月亮与橄榄球头，另一次是与橄榄球尾接近。实际有些差别。地球不是光滑球体，覆盖在地球表面的水也不均匀。由于陆地阻挡，两部分高潮水也不会聚集起来。因此，实际潮汐行为很复杂。在大西洋这样的庞大水体，虽然形成高潮和低潮，但不会绕地球移动。在北大西洋，两次高潮和两次低潮会逆时针绕大西洋每天转动 一次。我们在英国，不能直接看到大西洋高潮和低潮。我们被大陆架阻隔了。

潮汐移动速度与海水深度有关。水浅速度慢。在外海，潮高仅1－2英尺。到达欧洲河口，潮高可达到4米。在北半球，由于科尼奥尼力作用，使潮波向右偏移。例如，英国河口潮汐比法国大。进入北海的潮汐涌现到英国海岸thames河口，而不是左转到荷兰。

潮汐能量主要来自月亮。一部分能量来自地球自转，潮汐使地球自转速率下降。我们能得到多少潮汐能？

潮汐能估算

图：人工潮汐池塘

在估算潮汐能时，我们可以假设一个人工池塘，与大海相连，有一个叶轮将池塘充水和排水。G章将估算这样的潮汐池塘所拥有的潮汐能。假设4米潮差，最大人工潮汐池塘，在高潮时充满，低潮时排空，可在排空和充满时产生能量，能量密度是3W/m2。这个能量与风能密度相近。我们知道，风能所能起的作用。需要整个国家的土地来建风能电站，才有明显作用。与此类似，为了让潮汐能起作用，我们需要的潮汐池塘面积应与英国面积相近。

英国北海就是这样一个天然池塘。如果我们在合适地点安装发电机，这个发电机类似风力发电机安装在水下。由于水的密度是空气密度1000倍，同样水流能量将是风能1000倍。我们先讨论英国周围所含有的潮汐能量。

图 英国北海构成一个天然潮汐水池

英国潮汐能估算

英国周围潮汐是一个天然潮汐波，在大西洋上形成的大潮以每小时70公里速度，从Scilly岛方向向东进入英国河流和海峡，向普利茅斯和多佛涌来。在北边，高潮沿顺时针到达苏格兰，进入北海，从Wick到Berwich和Hull，时速达到100公里。它们在泰晤士河会合。这两股潮水到达时，时间上略有差距，伦敦每天有两次高潮。

图 英国潮汐能测量结果是250GW

我们能够获得的潮汐能不会超过来自大西洋的潮汐波所含有的能量。测量潮汐波所含有能量是250GW，能为每个英国人每天提供100kWh能量。假设我们能够获得10％潮汐能，转化效率是50％，则实际每个人每天能得到5kWh能量。

这是一个猜想。没有从技术方面进行考虑。让我们从三种方案来讨论潮汐能量。

直接来自潮汐流

类似风力电站，直接在海中建发电站，使用海流发电机，一只叶轮发电机，例如，2003年安装在挪威Hammerfest市北部，功率300kW。但是，还未见到实际发电量数据。我们只能从物理原理来预测它能发多少电。假设它们类似风力发电机，效率与最好的风力发电机相近。估算结果参见表

速度 m/s 功率 W/m2

0.5 1

1 8

2 60

3 200

4 500

5 1000

通常水流速率为2－3节，在英国周围有很大海洋，单位面积潮汐能量超过6W/m2。该能量密度介于风力（2－3W/m2）和太阳能光伏发电(5-10W/m2)之间。

大坝

建潮汐大坝是成熟技术。法国郎斯建成一个大坝，潮差约8米，自1966年以来，平均发电功率为60MW。

英国severn海湾的潮差范围大，在Cardiff，潮差在大潮时达到11.3米，在小潮时也达到5.8米。如果在海湾进口建大坝（从Weston－super－Mare 到Cardiff），将获得500平方公里潮汐湖。这个湖面积比法国郎斯大得多。潮汐在这个湖产生的功率是多少？根据上表理论计算可以得到，当潮差为11.3米时，功率为14.5GW,等于每个人每天获得5.8kWh。当潮差为5.8米时，功率为3.9GW,等于每个人每天获得1.6kWh。这些数字假定仅是是在高潮潮峰是一个脉冲进入潮汐湖，离开潮汐湖也是一个脉冲。实际上，潮汐进水和出水都需要几小时，使能获得能量减少。目前建议只能获得一个方向能量，使实际得到能量减半。工程师估算，这个潮汐发电系统，将为每个英国人每天提供0.8kWh。此外，还保护沿岸不受潮汐侵扰，价值1.2亿英镑。

图 Severn潮汐发电建议

人工潮汐湖

在海中建墙围出一个湖，类似人工海湾。主要要求水比较浅，潮差大，从而比较经济，发电成本降低。英国有两个地点，可建这样的潮汐湖，东海岸Wash和西海岸Blackpool。其他地点包括北威尔士，林肯郡、南威尔士和东Sussex。

设想两个面积400平方公里潮汐湖，分别在Blackpool和Wash。

在同一个地点建两个潮汐湖，可以使用下面方案获得储能能力。将两个潮汐湖分别叫高位湖和低位湖。在低潮时，从高位湖排出水获得的能量，一部分用来排空低位湖，使其水位低于低潮时水位。消耗的能量在高潮时得到补偿：当潮水进入低位湖时，会产生更多电能。高潮时方法类似，使用低位湖能量，将过量水打入高位湖。这样我们就能够储存电网多余发电能力。

英国人工潮汐湖平均能量密度是4.5W/m2。如果我们能建成800平方公里人工潮汐湖，可为每个人每天提供1.5kWh能量。

美丽的潮汐

总计以上三种方案，潮汐能为每个人每天提供11kWh电能。英国还没有建成工业规模的潮汐电厂，因此，我们还不知道其经济性。潮汐叶轮发电是否存在很多问题，如腐蚀、淤塞、漂浮废弃物缠绕等。但是，英国潮汐发电在以下七个方面有优势。1、潮汐发电比较有规律，不象风电和太阳能发电依赖天气，不稳定。潮汐发电在一年内，每天都稳定工作，使用潮汐人工湖还能储存能量，使用时在输出。2、英国周围不同地点，如Anglesey， Islay， Orkney和多佛等地高潮和低潮时间错开，从而可以得到比较均匀的发电能力。3 潮汐能会持续百万年。4 它不需要使用高价格设施。5 能量密度大于风能，设备体积小于同功率风力发电机，因而会比较便宜。6 水下比较平静，不会象风力发电，易受风暴影响，安全设计比较简单。7人们住在陆地，看不到水下设备，因而对潮汐发电设备的反对，不会象风力发电那么强烈。

错误观点

潮汐发电，虽然清洁无污染，但是不可再生。从潮汐中获得能量，将减缓地球自转，我们不能长期使用潮汐发电

错误：自然存在的潮汐市地球自转减慢。地球自转能量损失是3TW。由于潮汐存在，每百年地球自转减慢，使每天增加2.3毫秒。潮汐能电厂抽出的能量是潮汐中摩擦损失的能量，不影响潮汐。潮汐能会持续几十亿年。

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13 食物和农业

现代农业是使用土地将石油转变成食物。 Albert Bartlett

我们在第6章讨论温室可以产生多少可再生能量，本章将讨论我们需要多少能量生产每天的面包。

通常一个体重65kg普通人每天消耗的食物热值是2600卡路里，它等于3kWh。大多少能量在我们体内以热能散发。因此，一个人就向一个功率为100W的灯泡一样的热源。在一个小房间内集中10个人，你可以关闭1kW制热空调。

我们实际需要多少能量，以得到3kWh能量。如果我们考虑加热食物消耗能量，我们会发现，这个数字很大，这决定我们是食素还是食荤。

食素消耗的能量就是3kWh/d，来自素菜中能量。

牛奶能量

我喜欢牛奶。如果我每天喝一品脱牛奶，需要多少能量来生产它？一头奶牛一天生产16升牛奶。一品脱牛奶是半升，需要1/32头奶牛来供应。我还喜欢奶酪，制造1公斤爱尔兰切达干酪，需要9公斤牛奶。因此，每天消耗50g奶牛，需要450g牛奶，消耗能量与牛奶相近。一头牛，需要每天消耗多少能量，假设每公斤牛消耗的能量与人类相同，根据65公斤普通人消耗能量3kWh/d，我们得到结果是21kWh/d。这种从人到牛的推论，是否让你觉得很简单？让我到网上看看：http://www.dairyaustralia.com.au/ 该网给的结果是450公斤牛消耗能量是85/d，等于24kWh/d。很好，我们的猜测误差不是很大。因此，我的牛奶和奶酪消耗可估算为每天1.5kWh。这里忽略了很多其他能量消耗，例如，牛奶消毒、运输，牛奶转换为奶酪的能耗。我们将在第15章讨论运输和超市成本时涉及。

鸡蛋

生蛋鸡每天吃110克饲料，假设每公斤饲料能量是3.3kWh，则每只鸡每天消耗能量是0.4kWh。通常鸡每年产蛋290个，如何一天吃两个鸡蛋，一年吃鸡蛋平均到每天消耗能量是每人1kWh。每个鸡蛋含有能量80kCal，约0.1kWh。从能源效率来看，生产鸡蛋效率是20％。

吃肉能耗

平均每个美国人每天吃肉半磅，等于227克。为了计算生产肉所需要的能量，我们需要了解动物饲养过程中消耗的能量。我们来看看鸡、猪和牛。

鸡：从小鸡到宰杀需要50天。一个人每天消耗半磅，需要活着的鸡重25磅。

猪：通常从出生到变成肉需要400天。每天消耗半磅，需要活着的猪重量是200磅。

牛：通常需要1000天生长，需要活着的牛重量是500磅。

假设你每天吃半磅肉，由相同数量猪、鸡和牛肉组成，等于一年要保持8磅鸡、70磅猪肉和170磅牛常年存活。等于需要保持170kg动物存活（可获得110kg肉，当活的动物屠宰后，产肉按照2/3计算）。根据人存活消耗能量（65kg人需要3kWh/d），我们可以得到这些动物每天消耗能量：

170kg×3kWh/d/65kg=8kWh/d

这里假设人和动物生理特性相同。精确计算参见本章附录。这里给出一个近似估计。因此，每个人消耗蔬菜、牛奶、鸡蛋和肉需要能量＝1.5+1.5+1+8=12kWh/d。

（直接食用食物的热平衡是素菜1.5kWh，牛奶0.7kWh；鸡蛋0.2kWh；肉0.5kWh， 总共2.9kWh/d.）。

这个数字不包括农业生产、肥料、食品加工、冷冻、运输过程能耗。我们在第15章和下面讨论。

这些计算是否表明，素食主义者消耗较少能量？这由动物是如何饲养的来决定。例如，在陡峭的威尔士山区，这些土地只能做牧场。它们只能用来放牧羊，不能用来种植庄稼。你可以将这些天然陡坡看成是养殖免维护的生物燃料原料场所，羊是一头自动制造生物燃料的机器。从太阳到羊嘴之间能量损失巨大，但是，我们也没有其他方法，在这样地方，收集太阳能。（我不知道，在恶劣天气，人们需要将羊赶到低地，使用大豆饲料等喂养，需要消耗多少能量）在非洲灌木丛和澳大利亚草地，情况类似。在印度，人们喜欢奶牛，通常使用水稻和玉米负产物来喂养奶牛。

另一方面，当动物被圈养，喂食粮食时，其效率明显比不上省略动物这个中间过程，人类直接食用粮食。

肥料和其他农场能耗

欧洲肥料生产能耗约为2kWh/天/人。根据Warwick大学给英国环境、食品及农村事务部报告，2005年英国在农场车辆、机器、加热（温室方面）、照明、通风和制冷等方面能量支出是0.9kWh/天/人。

其他动物

动物伴侣！你难道是小狗、小猫或小马的仆人？

英国有800万只猫。我们来假设你照顾了其中一个。需要消耗多少能量？假设一只小猫每天吃50g肉，相当于一只小猫需要每天消耗2kWh能量。一只吃素的猫会消耗少一些。

同样，一只狗需要每天消耗200g肉，以及能量等于1kWh碳水化合物，每天消耗总能量是9kWh。同样一只马重400kg，每天消耗17kWh能量。

错误观点

走路消耗的食物如此多，我们应当坐车，而不是走路。

这与你饮食习惯有关。我们能够找到一种食物，其生产过程中消耗能量远比食物所提供的能量多得多。一包含1kWh能量的油炸食物，需要消耗1.4kWh能量来生产。肉类生产需要的能量更多。根据Exeter大学一项研究结果，人们所吃的食品，平均1kWh需要消耗约6kWh能量。为了比较走路和步行消耗的能量，我们需要了解运输模式的效率。对典型的小汽车，每100公里需要消耗80kWh。走路是100km消耗3.6kWh，少22倍。因此，只要你的食品在生产过程中消耗的能量少于22kWh/kWh，你乘坐汽车消耗的能量比你走路要少。因此，对典型食品来说，你走路消耗的能量比乘车多是错误的。走路所需要的能量不到乘车1/4。

图 食物和农业消耗的能量

附录

关于饲养鸡

作者注释：饲养20周，鸡重1.5-1.6kg。饲料能量是3.3kWh/kg，6周大时，每周需要饲料340g，20周时，每周需要饲料500g。产卵时，每天需要饲料110g

肉鸡饲料能量是3.7kWh/kg。每天每只鸡消耗能量0.5kWh。成鸡重约2kg。重2.95kg消耗饲料总重5.32kg。因此，每公斤鸡需要消耗能量6.7kWh，等于每公斤鸡肉消耗10kWh。

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12 波浪能

如果波浪能能给某些国家带来希望，则必然给英国和爱尔兰带来希望。它们处在大西洋东侧和北海西侧。

波浪能的来源：太阳产生风，风产生波浪.

图12.1 波浪发电设备，来自 www.pelamiswave.com

图12.2 波浪发电的贡献

太阳光照射到地球上，大多数给海洋加热。海洋温度升高，使海洋上空空气加热，同时产生水蒸汽。热空气上升后，在高空冷却，下沉。这个由太阳驱动的空气运动就是风。风是太阳能二次能源。当风吹过水面，就产生波浪。波浪也是太阳能次生能源。

在开阔水面，无论何时，风速大于0.5m/s，都会产生波浪。波浪向前推进的速度和方向与风相同。波长（两个波峰之间距离）和周期与风速有关。风吹时间越长，波浪范围越大，波浪越高。由于大西洋的波浪是从西向东为主。我们主要分析大西洋波浪资源。

风停以后，波浪还会持续几天。海上风向经常变化，产生的波浪方向也经常变化。 如果波浪向前推进时，遭遇一排沙岛，会吸收波浪能量，则小岛后面波浪就会消失。因此，不管在单位面积上有多少太阳能转移给波浪，波浪都会将能量传递给一定长度海岸线。你可以尝试使用能够吸收能量的设备来收集波浪能量。

我们可以估算波浪能量，它是单位长度海岸线能收集的能量与长度乘积。这里省略波浪能量是如何收集的。

测量得到结果是每米长度波浪冲击的海岸线能量是40kW。这听起来很多。如果每个人拥有1米海岸线，我们就有了40kW，可以覆盖所有现代个人设备的能耗。但是，我们人口太多了，我们没有足够多面向大西洋的海岸线。见前面英国地图，英国总共只有面向大西洋海岸线1000公里，分给每个人只有1/60m。因此，每个人每天仅能得到16kWh。如果我们能收集所有波浪能量，海边就会平静得如池塘。实际系统不可能收集所有能量，部分能量必然在转化过程中丢失。让我们假设实际效率只有50％，我们在面向大西洋500公里海岸安装设备，则我们实际只能得到25％的理论数据，就是每人每天4千瓦时。这个假设，同样是很不现实的。

这个结果与现实技术数据比较如何？现在有3个机器在工作。苏格兰制造，安装在葡萄牙。没有实测数据，但是，制造者预测，总长2km，包括40节蛇形设备，每米获得能量是6kW。将这个结果带入500公里厂波浪发电，得到每人每天1.2kWh。虽然波浪能在偏僻小岛上有很大用途，但是，对英国可再生能源的贡献不可能很大。

一节最大发电能力为750kW波浪发电设备，重700吨，由钢制造，包括350吨压舱物。相当于每峰瓦500公斤钢。与海上风力设备相比：海上风力发电设备功率3MW，重500吨，包括基础。重量与功率比是每千瓦170公斤。该波浪发电设备是第一个原型。今后，随着技术的改进，会降低重量功率比。

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11 小电器

2000年以来，英国广播电台警告我们，我们最大的危险是电话充电器。

“几年后，我们将关闭核电站，我们如何保持我们的电力供应？….我们应在不使用时，拔下移动电话充电器”。

但是，一年以后，英国还没有得到消息，英国广播电台有报告：英国能源浪费名列前茅。这个结论是怎么来的？英国广播电台说“65％英国消费者没有拔下充电器”。从记者报道来看，这些小东西，对地球毁灭产生了影响，我们应当确定，其毁灭影响到底有多大？

本章我们将讨论这些充电器。我们也将讨论其他小电器，包括计算机，电话，电视机，数字机顶盒等，调制解调器。估算它们的能耗，但不包括生产制造能耗，我们将在原料一章讨论制造能耗。

关于充电器的真相

现代电话充电器，当我们将它插在电源上，不用来充电时，功率仅半W，每天仅消耗能量0.01kWh。通常每个人每天消耗能量超过100kWh，因此，英国广播电台的劝告，将其拔下，不过减少每人每天能量消耗的0.01%，

多么小的贡献！

我不这样认为，关闭手机充电器的作用就向用茶匙在泰坦尼克号舀水。关上充电器，但是，请记住，这仅是一个姿态。我来告诉大家：

关闭充电器一天节约的能量只够汽车使用一秒种。

关闭充电器一年节约的能量只够洗一次热水澡。

当然，有些老充电器功率半瓦。使用1瓦或3瓦可以让人感觉到温暖。3瓦充电器使用一天，消耗0.07kWh。及时关闭它，一年可以介绍3英镑。这是一个好主意，但是，不要欺骗您自己，您这样做，就完成了自己的工作，3W是非常小的能量消耗。我们不再讨论使用茶匙为泰坦尼克号排水，下面我们看看其他耗能电器。

其他耗能小电器

表11.4是家用小电器能耗。第一列是机器正在使用时能耗，例如，音响系统正在放音乐。第二列是机器打开，但是没有使用。我很震惊，激光打印机打开不使用的能耗是17W，与冰箱平均能耗相同。第三列是机器处于待机状态，第四列是机器切断电源时能耗。但是，机器内部还有一些设备，仍然消耗能量。单位都是W，换算到通常我们熟悉的能耗单位是每40W等于1kWh/d。假设每度电价格是0.1磅/kWh，则一年的电费约1英镑。

最大消耗是计算机、显示器和电视机，每个使用时都是上百瓦。一些计算机外围设备，如立体声播放机和数字激光放映机，功率在100W。一个数字激光放映机仅值20英镑，但是，你一直开着，每年将花费10英镑。立体声放大器或计算机外网设备关机后功率消耗还有几瓦。拔下插头，以确保真正关上小电器。

信息时代隐藏能耗

根据Jonathan Koomey（2007）资料，美国数字中心计算机服务器及其相关设备，如空调、后备电源等消耗能量平均下来，等于每人每天0.4kWh，超过了美国1%能耗。这是2005年结果，是2000年2倍。因为服务器数量从560万增长到1千万个。

表11.4 各种电器不同状态下能耗

(抱歉出处表输入很费时间，参见：http://blog.sina.com.cn/s/blog_59adfee00100l34d.html）

其他电器

一周使用几小时吸尘器，将等于每天0.2wWh。使用割草机修剪草坪，约0.6kWh。

总结：小电器能耗与你使用的电器数量有关。但是，如果一直让小电器通电，能耗很容易超过5kWh/d。

荒唐观点

冬天我打开等、电视、手机充电器，浪费能量将加热我的房间。所以，不浪费。 这仅对部分人的冬天有效，大多数时候不是这样。

如果你使用电取暖器，它们的效果与您的加热系统相同。但是，如果您改变了这种取暖方式，因为电是高品质能源，将电转变成热是一种浪费。准确地说，如果您将一单位电转变成一单位热，这是浪费。使用空气热泵或地热泵，可以得到更多能量，通常一单位电可以获得3－4单位热。它们类似制冷冰箱逆过程，将热能从室外空气中打到室内（见第21章）。

还有一些使用化石燃料或生物燃料获得热能。避免使用电器中废弃能量作为热源是好主意。虽然燃烧燃料一样消耗能源。在家直接燃烧燃料取暖更好。燃料发电，只能转化部分燃料能量为电能，还有一部分能量在冷却塔上走了，电运输途中还要流失约8％能量，在家使用燃烧化石燃料为热，可以得到更多能量。

图 小电器消耗的能量

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10 海上风能

伦敦海水发电厂将对英国可再生能源目标作出关键贡献

James Smith， 英国壳牌公司主席

电能是至关重要的日用品，而风能工业生产电还能提供工作机会

David J.White

图10.1 Kentish 海上风电站，叶轮直径90米，安装高度70米，每个重500吨，功率3MW。

海上比陆上风更大，更稳定。因此，海上风力发电，单位面积功率比陆上更多。

Thames湾kentish Flats风力发电厂，离Whitstabel和Herne湾8.5公里，2005年末运行，平均功率密度是3.2瓦/平方米，2006年实际平均功率是2.6瓦/平方米。

我们假设海上风力发电单位面积功率密度是3瓦/平方米，比陆上功率密度2瓦/平方米大50％，是比较恰当的。我们可以来估算海水发电。通常将海水风力发电分为浅海发电和深海发电。通常浅海发电，深度低于25－30米，成本是陆上发电2倍，经济上可行，收益中等，而深海发电成本高，目前基本上还不可行。2008年仅有一个深海风力发电平台，是一个试验性发电设备，在石油钻井平台Beatrice附近。

浅海

在英国周围，浅海面积约40000平方公里。大多数在英格兰和威尔士附近。这个面积相当于两个威尔士。根据平均功率密度估计，总功率为120GW，等于每天每人48千瓦时。但是，这样安装会导致水上运输困难。海上运输需要的水道，渔业海域等占用部分地区，我假设可能的海域是1/3，这是一个比较乐观的估计，参加附录。我们得到最大能量是每人每天提供16kWh。这里需要占用三分之二个威尔士地区的面积。

图10、2 英国周围深度低于25米（黄色）和低于50米（紫色）海洋分布

来自可再生海上资源分布图 DTI。

英国海岸线长度约3000km，我们需要饶海岸线平均宽度4公里带安装风力发电机，总面积13000平方公里。美国风力发电机功率是3MW，需要安装44000个，每公里海岸线需要安装15个。

由于海水腐蚀作用，海风太强烈，在Danish风力发电厂，每18个月，所有80个风力发电设备就需要撤除维修。Kentish 电厂的变速箱也发生同样问题，在最初18个月，有1/3需要维修。

深海

海水深度在25－50米海域面积是80000平方公里，等于苏格兰面积。假设功率密度是3瓦/平方米，深海风力发电总功率240GW，如果全部安装，将为每人每天提供96千瓦时。同样我们必须为海上运输提供通道，我们同样使用1/3区域，比威尔士大30％，有些离岸50公里。如果我们在沿岸9公里宽区域安装风力发电机，我们就能为每个人每天提供32kWh电能。虽然很多，却比我们巨大消费低得多。这里我们还没有讨论风能的不连续性。我们将在第26章讨论它。我将深海风力发电也包括在表中，这里需要重复前面提到的问题，深海风力发电成本太高。

图10.3 海上风能贡献

一些比较和成本

到目前为止，我们的能源供应和消耗之间的比赛如何？将深海和浅海风力发电加上以后，我们的能源供应领先了。但是，我们应该主意到，我们在消费方面的增加是很容易的，但是，在生产和供应方面的增长很困难。我在写作时，虽然感到很冷，我还是关闭空调。对我来说，增加消费30kWh是很容易的，但是，从可再生能源生产中，给每人每天增加30kWh是非常困难的，需要对非常大面积的环境进行工业化。

为了在海上增加风力发电，使每个英国人每天增加48kWh，需要6千万吨钢筋和混凝土，每人1吨。世界钢总产量是每年12亿吨，等于世界每人每年只生产0.2吨。第二次世界大战期间，美国共生产2751艘战船，每个需要钢7000吨，总共需要1900万吨，相当于每个美国人0.1吨。因此，减少6000万吨风力发电设备，不是一件容易的事情。建设大量风力发电设备同二战时美国建造众多战舰一样困难。

作为比较，建造核能电厂，同样为每个英国 人每天提供48kWh电力，需要800万吨钢，14万吨混凝土。我们还可以比较6000万吨风力发电机与化石燃料生产设备，如北海油田。1997年，安装200个设施，7000公里管线，总共使用8百万吨钢和混凝土。新建从挪威到英国的天然气管线，功率25GW，使用1百万吨钢和1百万吨混凝土，可为每个英国人每天提供10kWh能量。

2007年12月19日，英国政府宣布批准一项海上风力发电发电项目，峰功率是33GW，平均功率约10GW，可为每个英国人每天提供4.4kWh。风力发电界人士说是天上掉下的馅饼，我们来讨论一下。这等于我们前面讨论的浅海风力发电所有能力的1/4，为了建成这个系统，需要1万个3MW风力发电机，实际发电能力是1MW。这里3MW是峰值发电能力。

这33GW需要建造成本多少？90MWKentish Flats风力发电厂建造投资是1.05亿英镑，换算下来，是330亿英镑。摊到每个英国人头上是550英镑。这比在房顶上建造小型风力发电设备，给每个人每天提供1.6kwh，需要投资1500英镑要好。 而且实际屋顶上小型发电机发电能量还要低。

建造海上风力发电机，另外一个瓶颈是需要特制船。为了在10年内，竖起1万个风力发电机，我们需要50个起重驳船。每个需要耗资6000万英镑。因此，我们需要增加投资30亿英镑。我们需要预先计划，从而能够及时建造这些船。

图10.4 海上石油平台 Magnus， 2000年生产380万吨石油，等于功率5MW， 重71000吨，价值11亿英镑

影响鸟类带来的成本

风力发电机会杀死鸟吗？最近挪威人反对风力发电。在smola岛，风力发电机杀死9只10个月大白色尾巴的鹰。我同意国际鸟类协会对稀有鸟类的关心，但是，我认为，我们应搞清楚数字。据估计，在丹麦，风力发电机每年杀死3万个鸟，生产了9％电力。恐怖，我们应禁止风力发电！但是，我们要知道，每个在丹麦，交通杀死100万只鸟。是风力发电30倍以上。那我们应30倍禁止汽车。在英国，每年被猫杀死的鸟是5500万。

图10.6 不同行为杀死的鸟类数目

从感情出发，我应当住在一个没有汽车，没有风力发电，有很多猫和鸟的国家（猫会捕食鸟，而鹰会捕食猫），但我希望，我们的每项决定，是经过理学思考，而不是感情冲动。也许我们需要风力发电机。

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9 灯

家庭和办公室照明

家庭最亮的灯泡是250瓦。床头使用40瓦。老式白炽灯将大部分电能变成的了热，而不是光。荧光灯使用白炽灯四分之一电能，就能发出同样亮度光。普通人在照明时，使用了多少能量？我初步估计见表9.2，典型的2人家庭，使用的能量，人均是2.7到5.5kWh/天。我假设每人在办公室与他的同时分享，使用类似的照明，每人煤炭1.3kWh。我们得到每人每天4kWh。

表9.2 家庭照明电耗，总是可能达到每家每天5.5kWh，办公室类似，总量达到每人每天4kWh

装置 功率 每天使用时间 每天每家能耗

10个白炽灯 1kW 5小时 5kWh

10个节能能 0.1kW 5小时 0.5kWh

图9.1 照明能耗4kWh/天，加入到能源消费和供应清单

街道灯光和交通灯光

我们是否也应该将公共灯光也加上，从而得多精确估计？或者家庭和办公室照明能耗是主要的？街灯能耗平均到每人每天是0.1kWh。交通是0.005kWh。两者都不那么准确。还有其它公共设施？例如，发光信号灯。很少有能与街灯相比的，我们就不在修改结果了。

家庭灯光

有些国家要求，不管车子是否移动，必须打开灯光。与可以关灯相比，这个政策会增加多少电耗？假设车灯4个，功率是100W。假设25%发电机效率，发电机效率55%，总能耗是730W。与此相比，典型的车子速度是50km/h，每12公里消耗1升汽油，平均功率42000W，因此，灯光造成的能耗增加是2%。

未来电动汽车如何，电能汽车能耗是5000W，增加100W照明，同样增加2%能耗。如果我们改用发光二极管灯，能耗会减小很多。如果我们关注这个题目，我们就陷入了关注小事。

节能灯经济性

通常我避免讨论经济问题。但对灯是个例外。Osram 20瓦节能灯号称发光强度等于100W白炽灯，寿命据说等于15000小时（或12年每天3小时）。典型的白炽灯寿命是1000小时。在寿命12年内，你可以使用一个节能灯（费用是30英镑），或使用15个白炽灯（费用是150英镑）。

我是否应在白炽灯坏了之前就换一个？

这似乎是浪费，不是吗？人们投下资源制造了老式白炽灯，我们买下了它，难道不应该用完？但是，经济分析表明，继续使用老式白炽灯是浪费，你可以用节能灯来替代它。

水银灯如何？发光二极管灯比荧光灯如何？

研究者说发光二极管灯效率将在不久以后超过荧光灯。测量灯光效率的单位是流明/瓦，飞利浦Genie 11瓦荧光灯亮度是600流明，每瓦是55流明，通常白炽灯是每瓦10流明。Omicron二极管灯功率1.3W，20个组成的灯，每个亮度是46，每瓦是35流明。因此，二极管灯效率快赶上荧光灯了。在我写作是，我看到www.cree.com正在小时每瓦100流明的二极管灯。预计未来发光效率可以达到150W/流明。我希望今后几年，从能量效率和避免汞污染，最好使用二极管发光灯。

图9.3 发光二极管灯比荧光灯

错误概念

没有必要转向节能能，浪费的能量都变成热能，加热房间，所以没有浪费。

表9.5 商业灯的照明效率，未来预计二极管灯可达到 150 流明/瓦

灯类型 效率(流明/瓦)

白炽灯 10

卤灯 16－24

二极管发光灯 35

小荧光灯 55

大荧光灯 94

街灯钠灯 150

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8 水力发电

水力发电要求有降雨和海拔高度。我们来估计降雨所具有的能量。

为了预测水力发电能量，我将英国分成两部分，海拔较高的高地和海拔较低的低地。这里选择Bedford和Kinlochewe作为代表

先看低地Bedford，为了估计单位面积雨水能量，我们将雨量（584毫米/年）乘以水的密度（1000公斤/立方米），重力加速度（10m/s2）和典型海拔高度（100米），得到结果是0.02W/m2（还要除以365天和86400秒）。这是低地地区雨水能量。我们乘以每个人平均拥有土地面积2700m2，估计得到水力发电最多为每个人每天提高1kWh能量。这是理论上限，假定每个河流都筑坝，每滴降雨都收集利用。实际上，我们主要在落差较大河流上筑坝，流域面积远比国土面积小，还有很多水蒸发，没有一个水轮机能完全转化水力能。因此，我们的结果是高限。即使很多人喜欢水力发电，在小型河流上安装发电机，我们也不可能超过每人每天1kWh。

图8。1 威尔士Nant－y－Moch水坝， 图中是英国两个代表性地区

水力发电功率55MW

图8、2 英国高度与土地面积

下面估算高地部分。Kinlochewe雨量充沛，每年降雨2278毫米，四倍Bedford。海拔高度约300米，因此，相当于低地12倍，单位面积能量是0.24W/m2。英国人均高地面积是1300平方米，我们发现上限是每人每天7千瓦时。假设没有蒸发，收集了每一滴雨水。

实际结果是多少？我们猜测是20％，约每人每天1.5千瓦时。

图8、3 水力发电

• 【索引】有关“全球变暖”问题的讨论整理汇总(三)