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  每周都会有市长、州长、方针制定者或专家一窝蜂地要求(或猜测)一个彻底依靠风能/太阳能和电池的动力未来,以便从给人类社会充当了好几个世纪燃料的碳氢化合物“重压”下摆脱出来。

  不管关于是否需求或何以要求动力“转型”有什么观点,结合“标准实践”的动力物理学和经济学都清楚表明晰,在可预见的未来,不或许呈现什么类似于急进“新动力经济”的现象。比尔·盖茨说过,当触及到了解动力实践时,“咱们需求用算术来搞懂这个问题。

  他这样说是对的。因而,在我最新的曼哈顿研究院陈述《新动力经济:一种奇特思想的练习》中,我便是这么做的。

  因而,这里是从根底算术动身对一些根本实践的总结。(有关解说、文档和引证,请参阅完好的陈述。)

关于动力需求标准的实践

  1。碳氢化合物供给占到国际总动力的80%以上:这一切假如都以石油形状存在,那么这些石油桶将从华盛顿特区一向排到洛杉矶,且这条线路每周添加的长度,都相当于华盛顿纪念碑的高度。

  2。碳氢化合物在国际动力运用中所占份额下降了2个百分点,导致在此期间全球用于代替动力的累计开销超越2万亿美元;今日,太阳能和风能供给只占全球动力不到2%。

  3。当全球40亿贫困人口人均动力运用量添加到欧洲人均水平1/3时,全球需求添加量将相当于美国总消费量的两倍。

  4。(假定)到2040年,上路的电动轿车数量添加100倍,到达4亿辆,将代替全球石油需求的5%。

  5。可再生动力有必要扩展90倍,才能在20年内代替全球的碳氢化合物。半个世纪后,全球石油产值“仅”扩展10倍。

  6。要在未来30年里代替美国以碳氢化合物为根底的发电,需求一个以比以往任何时候都快14倍的速度铺设电网的制作方案。

  7。即便撤销用碳氢化合物给美国发电(不或许很快完成,几十年内都不或许完成),美国70%碳氢化合物的运用仍原封不动——美国运用了国际16%的动力。

  8。功率导致产品服务价格下降,动力需求量添加:自1990年以来,全球动力功率进步了33%,经济添加了80%,全球动力运用量添加了40%。

  9。功率导致动力需求量添加:自1995年以来,航空燃料运用量/客位英里数下降了70%,航空交通量添加了10倍以上,全球航空燃料运用量添加了50%以上。

  10。功率导致动力需求量添加:自1995年以来,每字节耗能削减了约1万倍,但全球数据流量添加了约100万倍;全球用于数据运算的电量飙升。

  11。自1995年以来,国际动力运用总量添加了50%,相当于添加了整整两个美国的需求量。

  12。为了保证安全和可靠性,全美对碳氢化合物不管何时都有均匀2个月的贮存需求。今日在美国,一切有用标准的电池加上100万辆电动轿车的悉数电池,仅能满意全美2小时电力需求。

  13。特斯拉GIGA十亿级工厂(全球最大电池厂)每年出产的电池仅能贮存相当于美国年电力需求3分钟的电量。

  14。要出产满足贮存2天美国电力需求的电池,这家全球最大电池厂(特斯拉)需求出产1000年。


  ▲特斯拉GIGA十亿级工厂

  15。每出产10亿美元飞机,在曩昔20年里就会耗费大约50亿美元航空燃料。全球每年在新飞机上花钱超越500亿美元,还在不断添加。

  16。在数据中心上每花费10亿美元,就会在20年内耗费70亿美元电力。全球对数据中心的开销每年超越1000亿美元,还在不断添加。

关于动力经济学的实践

  17。在30年时间内,价值100万美元到达有用标准的太阳能或风能发电设备别离发生4000万千瓦时和5500万千瓦时电能:一座价值100万美元的页岩气井出产的天然气足以在30年内发生3亿千瓦时电能。

  18。制作一座页岩井的本钱大致相当于制作两台风力涡轮发电机的本钱:后者每小时合起来出产的电能相当于0.7桶石油,页岩钻井均匀每小时出产10桶石油。

  19。贮存一桶石油(或其按油气当量折合的天然气)本钱不到0.5美元,但将一桶石油等效能量贮存在电池中的本钱高达200美元。

  20。风能和太阳能本钱模型别离假定了41%和29%的容量系数(即它们多常发电)。实践国际的数据显现了,这两项目标都要低10个百分点。这意味着,一台2兆瓦300万美元风力涡轮发电机,在它20年运用寿命内发生的电能,比假定的要少赚300万美元。

  21。为了补偿不稳定的风能/太阳能输出,美国的各家公用事业公司正在运用焚烧石油和天然气的往复式发动机(大型游轮式柴油发动机);自2000年以来,新增电网数量是此前50年的3倍。

  22。风力发电场的容量系数以每年约0.7%的速度进步;这一微幅添加首要来自每英亩涡轮机数量的削减,导致用于出产千瓦时风能的均匀土地添加了50%。


  23。美国90%以上的电力以及99%交通运输用电力来自于凡是商场需求即可随时向经济供给能量的动力。

  24。风能和太阳能机器均匀在25%到30%的时间里发生能量,并且只需在自然条件答应的情况下。传统发电厂简直能够接连工作且随需取用。

  25。页岩油气革新导致天然气和煤炭价格暴降,这两种燃料为美国供给了70%的电力。但电价没有下降,自2008年以来反而上涨了20%。对太阳能和风能的直接和直接补助抵消了这些节约。

动力物理学…难以承受的实践

  26。政客和专家好引“登月”的慷慨激昂。可是,让动力经济转型,并不像把几个人送上月球那么简略。其难度就好像把整体人类永久性送到月球上寓居。

  27。常见的老生常谈是:动力技能的推翻效应相呼应于数字技能的推翻效应。但制作信息的机器和制作动力的机器触及的物理原理截然不同;这句老生常谈,比起把苹果和保龄球混为一谈还要愚不可及。

  28。假如太阳能发电设备的标准有如计算机技能那样,那么一张邮票巨细的太阳能电池阵列将为帝国大厦供给动力。不过这只会发生在漫画书里。

  29。假如电池的标准有如数字技能那样,一本书巨细的电池只需3美分就能够为飞往亚洲的喷气客机供给动力。不过这只会发生在漫画书里。

  30。假如内燃机的标准有如计算机那样,轿车发动机就能缩小到蚂蚁一般巨细,发生一千倍的马力;实践像蚂蚁巨细的发动机发生的功率要小10万倍。


  31。太阳能技能不存在像数字技能那样的10倍速率改善。太阳能电池的物理极限(肖克利-奎伊瑟极限)是最大光电转换率33%;现在商用电池的份额为26%。

  32。风能技能不存在像数字技能那样的10倍速率改善。风力涡轮发电机的物理极限(贝茨极限)是在气流中最大捕获60%的能量;商用涡轮发电机到达45%。

  33。电池不存在像数字技能那样的10倍速率改善:一磅石油的最大理论能量比一磅功能最佳的电池化学品的最大理论能量高出150%。

  34。大约需求60磅电池来贮存相当于1磅碳氢化合物的能量。

  35。每出产1磅电池至少要挖掘、移动和加工100磅资料。

  36。贮存相当于一桶石油(300磅重)的能量需求2万磅特斯拉电池(价值20万美元)。

  37。带着相当于一架飞往亚洲的客机所用航空燃料的能量,需求价值6000万美元的特斯拉型电池,分量是这架飞机的5倍。

  38。制作一组储能相当于1桶石油的电池需求的能量相当于100桶石油。

  39。一个以电池为中心的电网和轿车国际意味着挖掘更多地球资源来获取锂、铜、镍、石墨、稀土、钴等,并在采矿和制作金属和混凝土中运用数百万吨石油和煤炭。

  40。中国大陆在全球电池出产中占有主导地位,其电网70%的燃料为煤炭:运用这些电池的电动轿车发生的二氧化碳,将超越替换燃油发动机所节约的二氧化碳。

  41。人们不会运用直升机进行惯例的跨大西洋游览(需求贵重的后勤设备才或许做到),就像不会运用核反应堆为火车供给动力或彻底运用光伏体系为一个国家供给电力相同。

(责任编辑:DF513)