《能源超限戰》連載48:新能源的遠水近渴(一)

陳思進 發佈 2022-10-07T13:22:07.283724+00:00

新能源是指石油、天然氣和煤炭等礦物燃料,以及水力、核裂變發電等傳統能源之外的各種能源形式。包括太陽能、風能、地熱能、生物質能、天然氣水合物、水能和海洋能等,以及由此衍生出來的生物燃料和氫等所產生的能量。

(思進註:近日,因俄烏衝突,能源問題幾乎每天刷屏,各類分析更是眾說紛紜,注意到有些分析是事實的陳述、邏輯自洽;不過,好些判斷則可能失之偏頗。恰好在近10年前由我策劃,和龐忠甲先生合著的《能源超限戰》(2016年06月01日出版)分析了能源問題的方方面面,特別是結論點出:「人與動物的差別不在於對工具的利用,更在於對能源的利用。一直以來,能源危機之說虛虛實實。石油和礦物燃料告罄有日,而新能源尤其是非常規油氣資源的發展,卻使得當代能源危機成為一個偽命題」……現在看來毫不過時,那就從07月06日開始,特選摘其中部分內容,和大家分享……)

「能源峽谷」雲霧繚繞---當代能源危機虛虛實實

1. 盤點綠色、可再生能源

新能源是指石油、天然氣和煤炭等礦物燃料,以及水力、核裂變發電等傳統能源之外的各種能源形式。包括太陽能、風能、地熱能、生物質能、天然氣水合物、水能和海洋能等,以及由此衍生出來的生物燃料和氫等所產生的能量。

一般說來,新能源多為對環境友善的綠色可再生能源。迄今為止,其共同的特點為:(1)資源豐富,可再生,可供人類永續利用; 2)能量密度偏低,開發利用需要較大空間;3)不含或少含有害排放物,對環境的不利影響很小;4)分布廣,有利於小規模分散利用;5)間斷式供應,波動性大,對繼續供能不利;6)目前除水電外,可再生能源的開發利用成本一般較化石能源高。

在世界能源發展史上,每次能源大轉型都經歷了相當漫長的過程。應當看到,未來很多年新能源還難占據主導地位,人類文明還將依賴石油和煤炭等傳統化石能源。新能源從補充能源(15%左右)到主流能源(30%左右)再到主力能源 (50%左右),最終實現能源消費結構的根本性改變,充滿著不定因素,可能要經歷五十以至百年以上的過渡時期。同時,能源結構優化也不僅僅是提高新能源比重,還包括提高傳統能源高效清潔利用的比重。因此,在發展新能源時應時刻保持科學態度,堅持循序漸進,防範急功近利。

近年來,在石油危機和環境惡化的警訊壓力下,人們決心加快開發利用新能源。全球可再生能源在發電、採暖、製冷和交通運輸等各方面的利用都加速增長;2012年增長率高達15.2%。

在發電方面,2011年新增的可再生能源發電容量為2.08億千瓦,相當於全部新增容量之半。其中風力和太陽能約各占40%和30%,水力25%。

2011年末,全球發電裝機總容量53.6億千瓦,其中可再生能源發電總容量達13.6億千瓦(包括水力發電9.7億千瓦),占25%強;非水力的可再生能源發電容量達3.9億千瓦(風力2.38億千瓦,太陽能光伏近7千萬千瓦,生物質能7200萬千瓦)占7.2%,較上年度增長24%。2011年全球總發電量22.02萬億度中,非水力型可再生能源發電量的比重由2000年的1.5%增加到了的3%以上。

全球2011年底,中國擁有可再生能源發電裝機容量2.82億千瓦,其中約四分之一(7千萬千瓦)為非水力型。在當年新增的9千萬千瓦發電容量中,三分之一為可再生能源,五分之一為非水力為型。

下文將對當前熱門的綠色、可再生新能源領域作一簡要盤點。

(一)太陽能

太陽能一般指太陽光的輻射能量。狹義的太陽能則限於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。廣義而言,地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能以及部分潮汐能都是來源於太陽;即使是地球上的礦物燃料(如石油、天然氣和煤)也是遠古時代貯存下來的太陽能。

太陽作為太陽系唯一的一顆恆星,是地球生命誕生和存在的根本前提。太陽是是一個熾熱的氣態球體,直徑約1.392×109m,體積1.412×1027m3,為地球體積的130萬倍,質量為1.989×1030kg,大約是地球質量的33萬倍,由此可以算出太陽平均密度大約只有地球平均密度的1/4。

組成太陽的主要氣體為氫和氦,太陽內部每時每刻都進行著熱核反應,這一能量極其其巨大,因此太陽內部溫度高達8×106~2×107K,壓力高達3×1016Pa。

太陽輻射的能量如此巨大,照射到地球大氣層的能量僅為總輻射能量的22億分之一,30%被大氣層反射,23%被大氣層吸收,剩餘的到達地球表面,功率為800000億千瓦,也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當於燃燒500萬噸煤釋放的熱量,一小時內地球獲得的太陽能比一年內使用的能量還要更多;或者說,一年中的太陽能是自從人類在地球上開採的所有不可再生資源的煤、石油、天然氣、和鈾的總能源的兩倍。

地球上太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣候條件有關。美國西南部、非洲、澳大利亞、中國西藏、中東等地區的全年總輻射量或日照總時數最大,為世界太陽能資源最豐富地區。南北兩極則為貧乏區。

太陽能取之不盡用之不竭。利用形式有光熱轉換、光電轉換、光化學轉換、光生物轉換等多種方式,目前應用的主要形式是光熱轉換和光電轉換,可以省卻燃料成本,也不需要消耗大量工業用水,沒有有害排放,運行維護費用低廉,優越性顯而易見。(待續)

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