[德]克里斯蒂安·霍勒 等,周婷 译,《未来能源:我们能做些什么》,北京联合出版公司,202302
能量!
- 接下来出场的是本书最重要的一个数值:10个小时产生1千瓦时的能量。这意味着1名自行车手每天能生产1千瓦时的能量,因此,如果全年无休的话,他每年能生产365千瓦时的能量
太阳能
- 太阳是一个巨大、炽热的气体球,它会辐射出巨大的能量,表面温度超过5500摄氏度。幸运的是,地球距离太阳1.5亿千米,再近一点的话对我们人类来说,实在太热了。但如果我们离太阳更远一点,又会太冷了,所以现在的距离刚刚好。太阳为风、天气、温度和地球上所有的生命提供动力能量。
- 如果我们只是需要用热量来取暖或者洗澡,那么建议选择太阳热能设备,因为它们的效率非常高,它们可以将到达地球的太阳能中的50%到65%转化为热量。然而,大部分热量产于夏季,那时我们其实最不需要的就是热量。因此,我们必须具体问题具体分析。不过无论如何,我们都可以将相当一部分太阳能为我们所用,这就是好消息。
生物质能
- 综上,植物只储存了一小部分的太阳能。那么我们如何使用它呢?基本上有三种选择:生物燃料、沼气或直接燃烧。
- 关键问题是我们应该利用哪种类型的生物质。单一栽培的能源作物与粮食生产直接争夺土地,也损害生物多样性并且会降低土壤肥力。相比之下,天然混交林的木材虽然产量低,但能够可持续地用于能源生产。有机肥料作为能源也是有效益的,但只能利用一部分,因为土壤需要碳来维持腐殖质,而这些碳会通过牛粪之类的肥料中的秸秆返回到土壤中。如果牛粪中的所有能量都用于沼气电站,那就没有了碳循环,腐殖质最终就会随着时间的推移被消耗殆尽。
风能
- 为什么风里会含有能量呢?这是因为风是移动的空气,任何移动的质量都包含动能。决定能量大小的是风的质量和速度。谈到质量,人们可能会认为风几乎是没有质量的,但这其实是误解:空气的“重量”比你想象的要大,每立方米(m3)空气的质量为1.25千克。就速度而言:风的速度可以变得相当快,在海边,每小时40千米的速度并不少见
- 风能有一个理论上的效率最大值,即所谓的贝茨定律中的极限值(Betz-Limit)。该定律表明,我们最多可以将59%的风能转化为电能。为什么不是100%呢?因为效率达到59%之后,风速会降为零。
- 更有趣的是,风力涡轮机仅用三个叶片就可以做到,而且只需要很小一部分区域留在风中,不过即使有更多的叶片,也并不会让风力涡轮机效率变得更高。
- 陆地上一个16平方米的风电场所生产的能量与我们的1名自行车手生产的一样多,即每天1千瓦时。在海上,由于风速更高、更恒定,只需要8平方米的风电场。你可能还记得:光伏发电每天产生1千瓦时的能量需要2平方米的土地,用于安装光伏组件,而空地光伏设备大约需要4平方米的土地。这比风能所需面积少,但风能和光伏有一个很大的区别:在风电场中,风力涡轮机之间的大部分区域都是闲置的,可以有其他用途,比如可以用于农业生产。