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主题:【翻译】可再生能源--消除温室效应 1序 -- hwd99

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家园 30 欧洲,美国和世界的能源规划

30 欧洲,美国和世界的能源规划

图30.1 显示许多国家和地区的能耗与国民产值关系。它被广泛用来说明,人类发展是件好事情。当为人类可持续能源制定框架计划时,我打算假设所有国家,包括低国民产值国家都取得增长。当国民产值增加,不可避免,能耗也同时增加。我们不清楚能耗的目标是什么?但我默认为,采用欧洲平均水平是一个说得过去的假设,类似地,我们假设效率也与19-28章分析英国情况时类似。让所有国家按照欧洲低能耗住居标准。在第204页能耗计划中,英国能耗降低到68kWh/天/人。请记住,英国没有多少工业活动,因此,其它国家会有较高的目标,如香港80kWh/天/人。

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图30.1显示许多国家和地区的能耗与人均国民产值关系。单位:购买力平价没有,资料来源:联合国人类发展报告2007.方块代表高度发展国家,圆圈代表中等或低发展国家。两个都用对数坐标。

重新计算欧洲

欧洲能毅力可再生能源吗?

欧洲人口密度是英国一半,因此,有更多土地用来发展可再生能源。欧盟人均土地9000平米。但是,在欧洲,需要可再生能源密度低于英国:大多数欧洲地区缺少风能,少波浪潮汐能。有些地方的水力能比较丰富,如斯堪的纳维亚半岛和中欧,有些太阳能丰富。让我们给出粗略数字。

风能

欧洲大陆中心的风速小于典型的英国岛屿风速。在意大利大多数地方,风速低于4m/s。让我们猜测,欧洲有五分之一地区,风速大于风电经济风速,能量密度2W/平米,假设按照第四章分析英国办法处理,人均面积9000平米,所以,风能如下

1/5*10%*9000 m2*2W/m2=360 W

对应人均每天9kWh

水力发电

欧洲每年发电590TWh,功率67GW,5亿人分享,人均每天3.2kWh。主要在挪威,法国,瑞典,意大利,奥地利和瑞士。如果每个国家将水电设施加倍,我认为,这很困难,水力能是每人每天6.4kWh。

波浪能

整个大西洋沿岸长4000公里,乘以每米平均能量10kW,我们得到每人每天2kWh。巴伦支海和地中海没有波浪能资源。

潮汐

环英伦三岛资源加倍估算(第14章,每人每天11kWh),看作法国,爱尔兰,挪威的潮汐资源,除以5亿人,我们的人均每天2.6kWh。巴伦支海和地中海没有潮汐资源。

屋顶太阳能光电池和热水器

大多数地区比英国光照多,因此,太阳能板在欧洲大陆能提供更多能量。英国南部10平米屋顶电池板提供每天7kWh,类似,2平米太阳能热水器提供平均能量是每天3.6kWh热能。建议更大面积热水器是不必要的,因为这么多已经满足需要了。

其它

总数是9+6.4+2+2.6+7+3.6=30.6kWh/d/p。这里唯一没有提的是地热能和大规模太阳能发电站,包括聚光,电池板或生物质。

地热能还在研究中,可能没有用,我建议将其当做聚变发电,好投资,但不可靠。

太阳能发电站如何?我们可以减少,5%土地用来见太阳能光伏电站,例如,在Bavarian,能量密度5W/m2.可为我们提供每人每天 5*450W=54kWh。

太阳能光伏电站可以为我们提供很多能量。主要问题是,太阳能光伏电池太贵,而且冬季能量减少是个大问题。

能源植物?植物仅能收集0.5W/m2。欧洲在满足食物供应自给情况下,非食物能源供应必然有限。会有一些油菜籽,还有一些森林。但是,我认为,非食品植物贡献不会超过每人每天12kWh。

底线

让我们显示点。正如英国,欧洲不能只依靠自给的可再生能源。如果目标是不使用化石燃料,欧洲需要核能,其它国家,如沙漠国家的太阳能,或两者都需要。

再来计算北美

现在北美人均每天能耗是250kWh。我们是否能用可再生能源替代?如果我们使用令人吃惊的高效率手段,如高效电动汽车,每个能源是否会降低到欧洲或日本水平?

风电

Elliot等在1991年研究中估计了每个风能潜力。风能丰富地区在北达科他,怀俄明,蒙塔大,整个国家风能丰富,可供使用的面积有43.5万平方公里,每年发电4600TWh,按3亿人计算,每人每天42kWh。这个计算,假设风能密度1.2W/平米,小于我们在第四章的假设2W/平米。面积差不多等于美国加州。风能设备是2600GW,是目前美国的200倍。

还是风电

假设浅海可以用来发展风电,面积20000平方公里,能量密度是3W/m2。平均发电功率是60GW,等于美国人均每天4.8kWh。

地热能

我在第16章替代麻省理工学院的北美地热能研究。在美国西部,有很多地热资源。加大研发投入,地热能系统可以在未来50年提供经济上有竞争力的发电系统100GW电。更进一步,地热能系统提供安全的长期能源。让我们假设这是对的,100GW等于给每人每天提供8kWh。

水力能量

在美国,加拿大和墨西哥,每年水电660TWh。除以5亿人,等于每人每天3.6kWh。能否让其加倍?如果主要,就能增加到7.2

其它

上述总和是42+4.8+8+7.2=62kWh/d/p。与欧洲一样不够。我可以讨论焚烧加拿大的森林发电,但是,这只是延长我们的痛苦。下面我们讨论聚光太阳能发电。

图30.3是北美能够为5亿人提供每人每天250kWh能量的地方

基线

北美非太阳能可再生能源不能满足美国需要,但是,当加上巨大的太阳能发电,就能满足需要了。因此,北美需要利用自己的沙漠或核电或两者同时需要。

重新计算世界

假设60亿人的能源供应标准类似欧洲标准水平,例如每人每天80kWh,结果如何?

风电

风能资源丰富的地区,包括美国中部,加拿大Saskatchewan;阿根廷和智利南部,澳大利亚西北,索马里,伊朗和阿富汗,中国北部和西北部。苏丹西北部,南非西南,这些地方都远离大海,除了赤道热带60度

我们的全球估算,来自绿色和平组织和欧洲风能协会,下哦两个的有效风能资源是每年53000TWh,平均每人每天24kWh。

水电:

世界平均为1.4kWh/d/p。来自 www.ieahydro.org, 国家水电协会和国际能源局估计,世界上技术可行的水电是14000TWh/年,等于每人每天6.4kWh,其中8000TWh每年是经济可行的,等于人均每天3.6kWh,大多发展潜力在非洲,亚洲和拉丁美洲。

潮汐

世界上有七个地方,有很大规模的潮汐资源,包括7个河口。阿根廷有两处,San Jose和Golfo Nuevo;澳大利亚有Walcott河湾,美国和加拿大贡献Fundy湾,加拿大有Cobequid;印度有Khambat海湾,美国有Turnagin 和Knik湾,俄罗斯有Tugur。然而世界上最大的潮汐是俄罗斯Penzhinsk,十倍于其它,等于22GW。

Kowalik在2004年估计,世界总的潮汐资源是40-80GW,人均每人0.16-0.32kWh。

波浪

我们估计总的海岸长度30万公里,每米波浪发电功率10kW,考虑10%被捕集,50%转化为电能,得到每人每天0.5kWh。

地热能

根据奥克兰地热研究生Freeston估计,世界上总资源,在1995年,是4GW,平均到每人每天0.01kWh。

如果麻省理工学院作者的估计正确的花,假设世界类似美国,则地热能给每人每天供应8kWh。

能源植物

人们被能源植物吸引,因为有人宣称,它不会同食品竞争土地,可以生长在废弃的土地上。但是,人们需要知道具体数字。麻疯树的数字参见284页。所有非洲陆地都用来种植麻疯树,产生的能量给全球60亿人,每人每天进8kWh。你能指望它解决能源问题?

让我们估计,能源植物能给我们供应多少?方法类似第6章,假设所有可耕地用来种能源植物,目前世界18%土地用来耕种,面积2700万平方公里。人均4500平米。假设能量密度是0.5W/平米。处理和种植损失是33%,我们发行几十占领所有农业土地发展能源植物,能为每人每天提供36kWh。也许这个数字低估了,在图6.11给出的巴西甘蔗能提供1.6W/平米,3倍于我的估计。也许巴西能提供一点希望,但是,我这里将讨论最后一个选择

太阳热能,光伏电池和聚光发电

太阳能热水器不是新主意。它们已经出现在世界各地。中国是这项技术的领先者。全世界热水器总量达到100GW,其中一半在中国。

光伏电池在技术上是可行的,但是,成本太贵。我希望我是错的。如果光伏电池成本能在未来四十年如计算机一样下降,就能应用了。

在很大领域我给的是猜想。用于发电最好太阳能技术是聚光太阳能,我们在178和236页讨论过。我们为欧洲和北非10亿人准备了大面积沙漠太阳能发电站。在北美类似亚利桑那面积的沙漠电站。我这里留给读者来连线,为其它45亿人服务的沙漠发电。

基线

非太阳能可再生能源总数为风电24,水电3.6,潮汐0.3,波浪0.5,地热8,总共36kWh/d/p。我们的目标是超欧洲消费水平80kWh/d/p。所以结论很清楚,非太阳能可再生能源也许巨大,但它们还不够大,未来完成我们的目标,我们必须依靠太阳能或核能,或两者同时。

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