猜一猜,人类掌控能源的天花板有多高,太阳能极限在哪里?


猜一猜,人类掌控能源的天花板有多高,太阳能极限在哪里?


【猜一猜,人类掌控能源的天花板有多高,太阳能极限在哪里?】在以前设计电力、发电机系统的工作中 , 突然产生这样一个提问:人类能掌握的财富是以能源为基础 , 掌控能源越多 , 掌握财富越多 。 生活也就越幸福 。
能源以电力为基础 , 当前人类所利用的电绝大多数来自太阳能 , 核能除外 。 即便如中国科学家预计 , 人类2050年后掌握了核聚变技术实现商业化 。 核能跟太阳能相比仍旧不值一提 。 据说 , 就撒哈拉沙漠1%的面积铺上太阳光伏面板 , 就能满足全球的电力能源需求 。

将中国的高速公路铺满光伏面板 , 产生的电力中国也用不完 。

但是看似这么简单 , 规模不大的工程也是很难实现 , 也就是说人类未来一百年能利用能源的天花板 , 好像就是太阳能 , 风能替代化石能源石油天然气 。
如果有人能将这个天花板的极限 , 提高到数千数万倍 。 那会是什么样子?
我们知道未来一百年 , 电力行业必定飞速发展 , 为从业人员创造巨大财富 。 而电力只是太阳能能源利用的细小环节 。
人类自主 , 有意识利用太阳能能源的极限在于水 , 所有能源利用中光热效应最明显 , 以阳光取暖效率高达60% 。 如果我们将水作为太阳能能源的吸收器 , 其工程实现成本远低于光伏发电 , 最明显的例子是水电 。 但是水电必须要有有利的地形 。
下面以福河工程的设计来说明
以“STS”(即solar to service 。 即太阳能转换为服务人们生产生活的有用功)和经济经济价值为评判标准 , 找到太阳能应用好方式 。 准噶尔盆地内沙漠约5万平方公里 , 沙漠年蒸发量在2~3米 , 一年可以蒸发1000亿吨水 。 截流的100亿吨水 , 存10年就能达成这样的目标 。 而蒸发1000亿吨水需要约70万亿度电能 , 2021年中国发电量是8.4万亿度 , 十倍于全国全年发电 , 如果蒸发水的能量有1%转化为电能 , 也就是1000亿吨水有1120米落差可用来水力发电 , 能发7000亿度 。 可能增加约十分之一的发电量 。 光伏风电发电技术努力了几代人 , 其发电量扔不到这个工程预期的一半5% 。 而实现这个工程投资不超300亿 , 再加上数千亿水电站投资即可 。
仅仅是从太阳能STS的利用角度 , 这些水利设施的建设成本低 , 盆地内三面环山 , 山体海拔高度都是两三千米一半的落差可发电 , 水汽的逃逸量少 。 能否达到预期?如果可以 , 那么这是太阳能利用方式的比较好的方案 。
但这些工程会有反证 , 稍有头脑就知道 , 雨水不是你指哪里他就下到哪里的 。 陆地上面积三分之二有大量水份蒸发 , 有很多雨水下雨到了海洋中 。 但是福河工程的水利工程投入产出比极高 , 哪怕只达到能源产出预期十分一 , 也就是只增加700亿度发电量 , 这个预期只要有足够多水资源都能达成 。
大气中二氧化碳总质量在3.2万亿吨 。 如果人类往沙漠调水数万亿吨水 。 水循环对大气的影响远超过二氧化碳 , 沙漠荒漠面积占到陆地面积的三分之一 , 人类大规模开发荒漠沙漠会带来什么样的影响呢?
这数万亿吨水 , 如果都是在陆地上再次变为降雨 , 单单是从水电发电量上看 , 人类掌控的电能将会增加数倍 , 但非常不幸的是人类并不能控制降雨地点 。 虽然这数万亿吨水吸收的太阳能数千倍于目前人类掌握的能量 , 也超过生物质能转换的能很多 。
用水资源吸收三分之一陆地上的太阳光 , 为人类创造巨大能源 , 为人类创造更美好生存环境 , 可能就是人类掌控能源的极限 , 太阳能利用的天花板 。

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