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可再生能源,是“新能源”时代的最佳方案?详解核能&碳中和未来

作者:admin 发布:2021-03-05 10:56 | 点击数:

目前来看,可再生的风能、太阳能、水力和生物燃料无法填补这一空白。

近年来,“碳中和”理念越来越热门,我国期望在2060年前努力实现“碳中和”目标。在全球范围内,各国都不喜欢二氧化碳的主流趋势下?我们需要知道的是,除了核能之外,可能暂时别无选择。(因为其他新能源没法实现如此大规模的供能)

由于人工造成的二氧化碳排放对气候的影响的担忧,促使人们对所谓的可再生能源进行巨额投资:风能、太阳能、水电和生物燃料。与此同时,一个巨大的错误是,核能——一种可靠的无二氧化碳能源,产生了全世界14%的电力,基本被远远地抛在了后面。

关于这一点,德国就有一个奇怪的案例,尽管这不是唯一的例子。在那里,德国政府对其所谓气候目标的承诺,与到2022年关闭该国剩余核电站的决定结合在一起,这是很矛盾的。

如果我们相信人类排放的二氧化碳正在破坏地球,那么我们应该尽快扩大新能源(包括核能),而不是关闭核能,这难道不是更合理的做法吗?

能源&环境的悖论:我们是否应该完全禁止核能,而以此保护环境?

2019年12月,德国颇具影响力的《明镜》(Der Spiegel)杂志刊登了一篇报道,其标题为 "新的反应堆概念,能否将我们从气候崩溃中拯救出来吗?"文章报道了包括比尔·盖茨和他的泰拉能源(TerraPower)公司在内的一些国际投资者和公司,是如何参与到开发先进核反应堆技术的竞赛中来,并将其作为消除世界对化石燃料依赖的关键——而这一目标仅靠所谓的可再生资源是永远无法实现的(目前来看)。

比尔·盖茨的泰拉能源(TerraPower)Hitachi型多功能试验反应堆的设计图

然而,针对那些仍然对核能感到恐惧的读者,《明镜》杂志则是写道:"据估计,每年有80万人死于煤炭产生的烟雾,其中含有二氧化硫、氮氧化物、汞或砷等有毒物质。但对于如何处理废旧光伏电池中所含的有毒物质,也必须得到一些论证,因为其对自然环境并非完全无害。"

该杂志如此解释道:"能源发电几乎总是会造成受害者,并产生一些污染物。问题是——我们准备接受什么样的成本和风险?我们最应该担心的是什么:是肯定会到来的全球变暖,还是可能发生的区域性反应堆灾难?反对核能的意见是有道理的。但是,鉴于日益紧迫的气候变化,完全拒绝核技术是否正确呢?“

在中国紧锣密鼓地淘汰落后的煤电机组的时候,印度还在继续扩大煤电产能,目前在建的煤电产能为36GW。去年7月,印度电力部总工程师宣布,未来三年,燃煤发电能力预计将增长22.4%。然而,中国和印度的煤电持续扩张并不反映出对污染和气候变化缺乏关注,问题首先在于大多发展中国家在设计能源政策时,必须受到经济、物理和技术方面的限制。

简单的事实是:在可预见的未来内,无论对可再生能源的投资有多大,都不足以消除人类对煤炭、石油和天然气的依赖。也就是说,除非我们愿意不计回本的投资这些可再生能源,才能改变目前的现状,但这样可能会让世界经济崩溃。

如果我们真的致力于减少二氧化碳的排放,那么就没有办法绕开核能,而且肯定会从传统能源过渡到大量的核能。原因很简单。

假设我们可以通过某种方式,完全消除在运输和取暖方面使用化石燃料。如果不大幅增加全球电力消耗,这几乎是不可想象的(因为除了化石燃料,也就只能通过电能来完成运输和取暖的供应)。预计未来25年全球电力消耗将增加一倍以上。这就产生下一个问题:所有的电力将从哪里来?

可再生能源的疑问:其真的是在保护环境吗?

如果我们坚持 "无二氧化碳 "的电力来源,那么现实的选择就很少了。当涉及到大规模发电时,它们基本上仅限于水电、风能、太阳能和核能。另外,生物燃料发电——可以声称是“碳中和”的完美案例,其可能会增加几个百分点。

遗憾的是——经济上可行的水电仅限于某些地理位置,其进一步扩展的潜力受到环境、经济和社会因素以及大型项目很长交付周期的强烈制约。抛开这些问题不谈,从长远来看,水力发电的发展可能会增加到目前水平的三倍左右。考虑到电力需求的预期增长,水电所占份额最多可以从目前的16%增长到2050年的25%。剩下的75%将从何而来?

风力和太阳能发电有一个明显的优势——它们不需要燃料供应,而且其总容量可以以相对较低的单位成本迅速扩大,就像如今世界各地的情况一样。同时,风能和太阳能也有一个根本性的缺点:它们的产能会根据人类无法控制的条件而波动。这使得输出曲线不可能与需求曲线相吻合,甚至不可能是近似拟合。

当然,太阳能电池板在夜间根本不发电,在雨天和阴霾天也是如此。风力发电装置的发电量——即使是从一个小时到下一个小时之间,也会有很大的波动,即使是在一个很大的地区进行平均计算也是如此。相比之下,常规或新型的核电站则可以提供持续稳定的电力供应,其功率水平也可以精确控制。

除了太阳能和风能的间歇性特点外,大多的可再生能源都存在固有功率密度低的缺点:可再生能源需要更大的面积和/或更多的运行机组才能达到与现代紧凑型能源(煤、天然气或核电厂)相同的产量。

例如,在国内一些典型的天气条件下,需要数千台大型风力发电机或太阳能电池(总面积约为100平方公里),才能产生与一座1千兆瓦常规核电站相同的年发电量。建造一台容量为1千兆瓦的风力发电机组所需的钢筋水泥是同等容量核电站的50-100倍。

另外,对于常常会被忽略的沼气能源来说。沼气发电可以列入 "碳中和"的范畴,即沼气燃烧排放的二氧化碳最终,来源于农作物植物对大气中二氧化碳的光合作用捕获。

据世界生物能源协会估计,沼气未来有可能提供相当于目前世界经济中天然气(所有用途)所产生的能源量的25%。如果100%的沼气被用于发电(虽然这一点不太可能现实),这将可以覆盖目前电力消耗的5%。

大规模的沼气生产——相对于有机废物的小规模利用,事实上意味着利用农作物作为太阳能收集器。遗憾的是,与现代太阳能电池相比,植物光合作用捕获太阳能的效率要低10倍。这使得大规模发电所需的生物燃料的生产和使用,会成为一个极其资源密集的过程,每单位产出需要大量的土地、水资源、机械、运输和劳动力——这些资源本来可能用于粮食生产和其他用途。

撰写:GolevkaTech

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