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主题：美式大跃进：2030年告别化石燃料？ -- PBS
家园 美式大跃进：2030年告别化石燃料？ 一年前我在本版写过一个太阳能宏伟蓝图，介绍了美国哥伦比亚大学研究人员的一个设想：在2050年，全美的65%的电力和35%的总能源由太阳能担负。这是一个相当有雄心的规划，从时间尺度上看是可行的--至少有40年的时间筹资和技术开发。
前些天又去找《科学美国人》翻看，发现在2009年11月那期上，斯坦福大学的科研人员把这个宏伟蓝图又做了修改，这次从规模和时间两个方面进行了大幅度改变：规模上美国人要求以可再生的太阳能及其衍生能源风能水能（WWS)完全取代化石能源（即100%），时间上则在2030年完成这个取代。而这个取代不仅仅是在美国本土而是在全球实现!
这样的计划里，所有的加热（炉子烤箱取暖）和交通需要统统使用电能，电能将用来水解产氢以提供汽车和飞机的燃料。
目前全球任何时候耗能折合成电能是12.5万亿瓦（等于装机125亿瓩），到2030年由于人口增长和生活水平提高，此能耗则是169亿瓩（其中美国是28亿瓩，美国仍然占20%左右，这样其他国家比例明显会少许多）。由于使用全电气化，效率会提高，实际只需要115亿瓩则可，反而比现在的能耗125亿瓩还低---作者给出理由是比如目前的汽油机汽车，效率是17-20%，而电动车的效率可达75-86%。
在能源分配上，WWS（水能风能太阳能）的比例是9-51-40。太阳能比例好像偏低了一些。我的看法是既然太阳能资源是5800亿瓩，而风能资源是400亿瓩，为什么不追求更大份额的太阳能发电？
同哥伦比亚大学的研究者相比，斯坦福大学的研究者似乎不注意蓄能系统，也许他们认为水能风能和太阳能（+地热能源）时空上的分布足以填补各种能源的低谷输出，他们用了加利福尼亚州的例子进行了24小时运行模拟：
外链图片需谨慎，可能会被源头改如此大规模的发电系统的建设，作者认为是可行的，比如美国在二战时期将汽车工业转化成飞机工业，共生产了30万架飞机，其他国家又生产了48万架，所以全球产能不是问题。按美国人搞高速公路系统，曼哈顿计划和阿波罗计划的成功例子，这样的规模也许行。作者强调他们所要求的规模不是将来20-30年后而是当今的技术水平就可以解决的。
在大规模地利用太阳能后，最终可以达到发电成本比传统煤化石燃料发电还便宜同时没有污染（作为时髦，作者还强调了减碳）。
在具体实施上，这个计划将面临政治和经济上的阻力。在政治上，传统能源工业利益集团的反对是一个大问题，如何进行转型不是那么好解决；另外就是财政问题，如何筹资在当前经济危机的状况下是个棘手的事情。
此外还有制造这些能源设施所需的特殊稀有资源的获得和回收的技术，还有些细节要完善。
全文看来是个相当令人鼓舞的计划，尽管目前还是在纸上谈兵的阶段。从发表的时间上看，明显是为了配合哥本哈根会议。从现实紧迫性上看，这篇文章应该是恰如其时。
下面给个英文全文链接：A Path to Sustainable Energy by 2030
通宝推：李根,
本帖一共被 6 帖 引用 (帖内工具实现)家园 这个只考虑了每日调峰谷 每年调峰谷没有提。问题是太阳能、水力和风力的波动都是长时不平稳的，譬如水有枯水期，阳光和风有四季变化，其中至少水和阳光的变化是相关的，峰谷重合。可能有些地方冬天风大，但不会所有地方都这样，有的地方还没有风呢。
如果每年的峰谷问题不解决，实际上还是得靠火/核电。
家园 加州是地中海气候，太阳能在加州沙漠地区年日照300天以上 几乎天天晴天。同新墨西哥和亚利桑那两个州差不多。
风能全世界就是一个模样：白天微风晚上大风。
所以电网以风光为主，水用来调峰垫谷。
如果全球化了，建成全球电网，只要太阳能就足够了--地球在任何时间内总有一半面对太阳。
家园 全球电网少不了超导输电吧? 听起来还早的很
家园 还有一种方法，运输电池 但不是化学电池，而是能量密度很高的物理电池——用超导线圈做的磁储能设备或者别的什么机制的储能设备。
听起来有些科幻，不过在能量密度问题解决后。用物流技术替代输电线也许更好，比如可以绕过令人头疼的电网稳定性问题。搞个能量配送系统是一个很有意思的事情。
家园 电网之外，可再生能源只能以化学储能方式为主要中介 这是几个因素决定的：
1，没有大规模普及的先进技术，比如超导输电，因为在现实中可能有未知的、不可逾越的障碍，可能导致整个可再生能源革命的失败。
2，正因为能源是可再生的，所以不必过分追求高效率。
3，化学储能是目前最完善最成熟的技术。长期需要，可以将能量以键能形式存储在糖里，主要是聚合物形式，淀粉、纤维素等。短期需要则以化学电池为主。效率都不很好，但是非常可靠。
4，可再生能源技术必须易于普及。种植生物能源作物从技术上不比挖煤困难。化学电池的制造，也并不比采油炼油更复杂。
5，可再生能源必须有丰富、便宜、环保的物质基础。常见的甘蔗、玉米、土豆都符合要求。当然现有还有新发展的作物。
不要怕多余的电用不完存不上：我们这个星球除了岩石，海水第二多。拿来电解海水。氯气是常用化工原料，不愁销路。氢气收集起来直接燃烧，取暖、发电。用氢氧化钠做电池，储能。如果要求精细点，可以电解法制金属钠，再做成大功率大容量的高温熔盐电池。这可比那啥熔盐堆成熟、安全得多。
家园 铜氧化物超导体看来还是不行，尽管属于“高温”超导体 现在有希望的可能是镁硼合金（MgB2）。尽管这种超导体的临界温度是40K左右，用液氢或液氖做制冷剂也可以了。
外链图片需谨慎，可能会被源头改液氢作为制冷剂的话，整个输电系统就成为电力-化学二元能源输送系统，因为氢是一种化学能源，输电线中的冷却剂液氢可以兼用作储能载体---无阳光时（晚间或阴天），这些液氢可以通过燃料电池或燃气轮机进行发电。
家园 为啥铜氧化物不行？ 家园 制备二硼化镁比稀土铜氧化物成本低很多 稀土铜氧化物的成分控制太困难，而且要用大量的稀土元素，大规模工业生产成本太高。
2001年1月二硼化镁(MgBz)超导电性的发现引起了普遍关注，随即在全世界范围内掀起了研究的热潮，因为该超导体是一种新的简单的二元金属间化合物超导体(每个元胞只有三个原子)，而且其超导转变温度(Tc)高达39K，几乎是A15型金属间化合物超导体，如Nb3Ge( 23．2K)和YPd2B2C金属间硼碳化合物的两倍．尽管在过去的几十年间，低温超导体和高温超导体的研究取得了很大的进展，但由于低温超导材料的Tc很低，严重制约了其应用范围，而高温超导体的弱连接和陶瓷性使其高质量长线带材的加工十分困难，导致其Jc在磁场中较低，同样也阻碍了高温超导体的广泛应用，但刚
发现的MgBz超导体由于其具有远高于低温超导体的，又不存在高温超导体中难于克服的弱连接问题，同时MgBz超导体的发现给超导技术应用带来新的契机．它具有双能隙的特点，其科学内容很丰富，同时可以采用粉末套管法制备实用化线带材，利用这些特点可以发展出一些重要的应用途径．因此，MgB2超导体无论对基础研究还是应用研究都具有十分重要的意义，综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在20~30K，低场条件下应用具有很明显的价格优势。
二硼化镁是2001年初发现的一种新型超导材料，是迄今为止临界温度最高的金属化合物超导体，其超导转变温度达39K。它由于具有较高的转变温度、较大的相干长度、较高的上临界场、晶界不存在弱连接、结构简单、成本低廉等优点
家园 希望能實現 以石油作燃料是浪費的。
但代用能源已說了很久，希望這次是真的。更希望能活到見到這成為事實。
家园 别说20年 就是50年
恐怕也很难告别化石原料
首先我们仍然有丰富的足够的化石燃料（油，煤，气）
其次我们还是找不到足够的合适的替代燃料（包括所谓的可再生）
最后还是成本问题
你当然可以说油价煤价会一直涨
可那些所谓的可再生能源的价格也不是一成不变的
很可能它们会和油，煤价格一起涨
不说别的
现在鼓吹的生物质能源，和煤相比
就没有任何的经济上的优势，劣势倒是举不胜举（碳排放或许好些？）
- 复 别说20年
家园 比空气重的飞行机器是不可能存在的 1895年，英国皇家协会的主席、英国著名数学家和物理学家罗德·凯尔文称：“比空气重的飞行机器是不可能存在的。
1946年电视刚发明时，著名电影制片人达莱尔·扎怒克预言：“电视不会长久的。人们将很快就对盯着这个木盒子感到厌倦。”
1959年，当施乐复印机公司的创办人拿着刚研制出来的第一台复印机向IBM公司寻求合作时，后者却以复印机不可能有足够大的市场而拒绝。IBM预言称：“世界对复印机的潜在市场最多不超过5000台。”
1932年，爱因斯坦预言：“没有任何一丝迹象表明人类可以获得核能量，因这意味着原子将被随意切割。”但短短10多年后，人类就已经成功研制出原子弹。
1903年，密歇根州储蓄银行总裁建议亨利·福特的律师不要投资创办福特汽车公司。当时他说：“马车将继续保留下去，但机动车只会是很快消失的新奇玩意。”
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以上这些预言，都在不到10年之内被突破。