可 持 续 能 源 - 不 再 讲 空 话 David J.C. MacKay 这 本 卓 越 的 书 籍 以 无 以 伦 比 的 清 晰 度 和 客 观 性, 介 绍 了 展 现 在 我 们 面 前 的 各 种 另 类 低 碳 能 源 途 径 David King 爵 士 2000-2008 年 英 国 政 府 首 席 科 学 顾 问 任 何 对 能 源 政 策 有 影 响 的 人 士, 不 管 是 政 府, 商 务 或 竞 选 活 动 团 体 的 人 员, 本 书 应 该 成 为 他 们 的 必 读 书 籍 Tony Juniper 地 球 之 友, 前 执 行 主 任 一 本 全 面 披 露 有 关 可 持 续 能 源 事 实 真 相 的 书 籍, 终 于 以 高 度 可 读 性 和 强 烈 趣 味 性 的 形 式, 呈 现 在 我 们 面 前 Robert Sanson EDF 能 源, 策 略 和 可 持 续 发 展 部 主 任 十 页 简 介 我 们 的 生 活 依 赖 着 化 石 燃 料 ( 如 石 油, 煤 碳 等 ), 而 这 依 赖 是 不 可 持 续 的 发 达 国 家 从 石 油 得 了 他 们 所 需 能 源 的 80%, 而 英 国 则 为 90% 这 依 赖 是 不 可 续 续 的 原 因 有 下 述 三 点 首 先, 容 易 得 到 的 化 石 燃 料 总 有 一 天 会 消 耗 贻 尽, 我 们 最 终 将 不 得 不 从 其 他 地 方 获 取 能 源 其 次, 燃 烧 化 石 燃 料 对 气 候 产 生 了 可 量 化 测 定 的 影 响, 而 这 种 影 响 很 可 能 是 十 分 危 险 的 为 避 免 危 险 的 气 候 变 化, 我 们 需 要 立 即 改 变 目 前 使 用 化 石 燃 料 的 状 况 第 三, 即 使 我 们 对 气 候 改 变 置 之 不 理, 如 果 我 们 从 能 源 供 应 的 安 全 角 度 考 虑, 大 幅 度 降 低 英 国 石 油 的 消 耗 也 不 失 为 明 智 之 举 : 继 续 高 速 开 采 北 海 油 气 储 藏 很 快 就 会 迫 使 对 石 油 成 瘾 的 英 国 依 赖 着 从 靠 不 住 的 外 国 人 那 里 进 口 石 油 ( 关 于 外 国 人 靠 不 住 这 一 点, 希 望 你 能 听 得 出 我 开 玩 笑 的 口 吻 ) 那 么, 我 们 如 何 能 摆 脱 对 化 石 燃 料 的 依 赖 呢? 对 于 如 何 有 所 作 为, 坊 间 不 乏 各 种 建 言, 然 而 公 众 却 颇 为 困 惑, 不 能 确 定 这 些 计 划 是 否 真 能 解 决 问 题, 或 者 只 是 些 空 洞 言 论, 泛 泛 之 谈 而 已 当 有 些 公 司 说, 购 买 他 们 的 所 谓 绿 色 产 品, 就 会 尽 了 自 己 对 环 保 的 本 分 时, 公 众 有 理 由 亦 应 该 去 怀 疑 这 说 法 的 真 伪 了 关 于 国 家 的 能 源 战 略, 公 众 也 同 样 感 到 不 安 像 分 散 式 发 电 啊, 热 电 联 产 啊, 它 们 是 足 够 绿 的 吗? 真 正 环 保 了 吗? 政 府 会 让 我 们 认 为 是 这 样 的 但 这 些 技 术 真 能 使 英 国 履 行 其 对 气 候 改 变 的 责 任 吗? 风 电 场 是 否 只 是 为 了 证 明 我 们 的 领 导 具 有 环 保 意 识 所 作 的 姿 态 呢? 核 电 真 的 是 必 不 可 少 的 吗? 我 们 需 要 一 个 合 计 起 来 真 正 能 够 满 足 我 们 能 源 需 求 的 计 划 好 消 息 是, 这 样 的 计 划 是 可 能 的 ; 但 坏 消 息 是, 实 行 这 计 划 并 不 容 易 摄 影 : Terry Cavner.
2 图 2. 过 去 1100 年 的 二 氧 化 碳 (CO 2 ) 浓 度 ( 以 每 百 万 的 份 数 计 ), 系 从 冰 核 ( 至 1977 年 ) 内 被 困 的 空 气 以 及 直 接 从 夏 威 夷 ( 自 1958 年 起 ) 的 空 气 中 测 得 我 认 为 在 公 元 1800 年 到 公 元 2000 年 之 间 一 定 发 生 了 什 么 新 情 况 我 在 此 间 标 出 了 1769 这 一 年 份, 詹 姆 斯 瓦 特 的 蒸 汽 发 动 机 专 利 即 于 是 年 登 记 ( 第 一 台 实 用 蒸 汽 发 动 机 是 于 此 前 70 年, 即 1698 年 发 明 的, 但 瓦 特 的 蒸 汽 机 效 率 高 得 多 ) 第 一 部 分 要 数 字, 而 不 是 形 容 词 本 书 前 半 部 讨 论 一 个 像 英 国 这 样 向 来 以 具 有 风 力, 海 浪 和 潮 汐 资 源 而 著 称 的 国 家, 能 否 单 靠 自 己 的 可 再 生 能 源 来 生 存 我 们 常 常 听 说 英 国 拥 有 巨 大 的 可 再 生 能 源 但 单 靠 这 一 点 是 不 够 的, 我 们 还 需 要 把 它 与 另 一 个 巨 大 作 比 较, 即 是 我 们 巨 大 的 消 耗 要 作 客 观 的 比 较, 我 们 需 要 的 是 数 字, 而 不 是 形 容 词 当 数 字 有 时 被 用 上 时, 往 往 会 选 择 使 用 一 些 庞 大 的 数 字 来 在 辩 论 中 取 分 和 加 深 市 民 对 自 己 印 象, 而 这 些 数 字 的 含 义 往 往 会 因 此 变 得 不 容 易 理 解 与 此 相 反, 本 书 的 目 标 是 将 真 实 数 字 以 真 诚 的 方 式 把 它 演 示 得 易 懂 难 忘, 而 且 可 作 比 较 为 了 让 数 字 容 易 明 白, 本 书 的 数 字 都 是 用 日 常 个 人 单 位 来 表 达 的 能 量 用 每 人 千 瓦 - 小 时 (kwh) 作 定 量 来 表 示, 这 与 出 现 在 家 庭 用 能 账 单 上 所 用 单 位 相 同 ; 电 力 则 用 每 人 每 日 千 瓦 - 小 时 (kwh/d) 来 表 示 图 3 说 明 了 使 用 这 些 单 位 对 有 些 项 目 进 行 的 定 量 比 较 例 如, 染 上 红 色 的 是 平 均 每 日 驾 驶 50 千 米 的 汽 车, 每 日 耗 用 40kWh 的 能 量 在 右 边 则 为 绿 色, 代 表 一 些 可 再 生 能 源 : 覆 盖 国 土 面 积 10% 的 风 电 场 产 生 平 均 每 人 每 日 20kWh 的 能 量 使 用 这 些 个 人 单 位 的 其 中 一 个 优 点 是 可 以 把 讨 论 容 易 地 从 英 国 转 移 到 其 他 国 家 或 地 区 举 例 说, 假 定 我 们 在 讨 论 废 物 焚 烧 问 题, 已 知 英 国 废 物 焚 烧 每 年 可 产 生 7TWh 的 电 力, 而 丹 麦 废 物 焚 烧 每 年 可 发 电 10TWh. (1TWh. One terawatt-hour [ 一 特 瓦 - 小 时 ] 等 于 十 亿 kwh) 这 可 帮 助 我 们 说 丹 麦 比 英 国 焚 烧 更 多 的 废 物 吗? 也 许 对 各 国 废 物 焚 烧 所 产 生 的 总 能 量 是 个 有 兴 趣 的 话 题, 但 我 们 通 常 需 要 知 道 的 其 实 是 每 人 的 的 废 物 焚 烧 量 ( 正 式 的 资 料 是 : 丹 麦 人 均 值 为 5kWh/d, 而 英 国 则 为 0.3kWh/d 所 以 丹 麦 人 焚 烧 废 物 的 量 大 约 是 英 国 人 的 十 三 倍 ) 从 一 开 始 把 所 有 资 料 以 个 人 作 单 位 讨 论, 使 本 书 除 英 国 之 外 也 适 用 于 其 他 国 家, 而 我 亦 希 望 它 能 帮 助 全 球 的 可 持 续 能 源 讨 论 有 了 简 单 真 实 的 数 据, 我 们 就 能 回 答 诸 如 下 述 的 问 题 : 图 3. 二 种 能 源 消 费 活 动 与 三 种 可 能 达 到 的 英 国 本 土 生 产 可 再 生 能 源 之 比 较 左 边 表 示 每 日 驾 车 50 公 里 耗 用 每 日 40kWh 的 能 源, 而 每 年 乘 远 程 喷 气 机 一 次 相 当 于 每 日 耗 用 30kWh 的 能 量 ( 以 全 年 按 日 平 均 计 ) 在 右 边, 用 陆 上 风 力 风 电 场 覆 盖 风 力 最 强 的 英 国 国 土 面 积 10% 可 产 生 每 人 每 日 20kWh 的 能 量 ; 每 幢 房 屋 的 朝 南 屋 顶 都 用 太 阳 能 热 水 板 覆 盖 可 获 得 每 人 每 日 13kWh 的 能 源 ; 在 海 岸 线 上 安 装 长 达 500 公 里 的 波 浪 发 电 机 可 产 生 每 人 每 日 4kWh 的 能 源
3 1. 像 英 国 这 样 的 国 家, 是 否 可 能 单 想 靠 自 身 的 可 再 生 能 源 来 生 存? 2. 转 换 使 用 先 进 技 术 能 否 让 我 们 们 消 除 二 氧 化 碳 污 染 而 同 时 不 改 变 我 们 的 生 活 方 式? 本 书 第 一 部 分 制 作 了 一 图 例, 以 红 线 方 块 表 示 各 种 耗 能 活 动 所 需 能 量 消 费, 而 绿 线 方 块 则 代 表 英 国 存 有 的 各 种 潜 在 可 再 生 能 源 的 总 和 在 制 订 左 侧 红 线 消 耗 方 块 时, 我 们 揭 穿 了 若 干 神 话 例 如, 将 手 机 充 电 器 插 头 一 直 插 在 电 源 上 而 不 拔 出 常 被 认 为 是 一 种 生 态 犯 罪 的 行 为, 而 那 些 把 充 电 器 关 掉 的 人 们 就 被 赞 扬 为 尽 了 他 们 一 分 责 任 但 实 际 际 情 况 是 : 一 只 普 通 的 手 机 充 电 器 每 日 只 消 耗 0.01kWh 的 电 能, 将 0.01kWh 的 充 电 器 关 掉 所 节 约 的 能 量 与 驾 驶 普 通 汽 车 一 秒 钟 所 用 能 量 完 全 相 同 我 这 里 并 不 是 说 不 应 该 把 充 电 器 关 掉, 但 不 要 被 积 少 成 多 之 类 的 口 号 误 导, 痴 迷 于 关 掉 手 机 充 电 器 无 异 于 用 一 汤 匙 来 拯 救 巨 轮 泰 坦 尼 克 号 的 确 应 该 在 不 用 时 把 充 电 器 关 掉, 但 请 切 记 这 其 实 是 微 不 足 道 的 : 关 掉 手 机 充 电 器 一 天 所 节 约 的 总 能 量 等 于 驾 车 一 秒 钟 所 耗 的 能 量 关 掉 手 机 充 电 器 一 年 所 节 约 的 总 能 量 相 当 于 洗 一 次 热 水 澡 的 能 量 你 的 充 电 器 其 实 只 占 你 的 能 源 总 消 耗 量 一 个 很 少 的 部 分 如 果 每 个 人 都 只 减 少 许 的 能 源 消 耗 量, 那 么 我 们 能 减 少 的 消 耗 量 也 将 只 会 是 少 许 的 另 一 个 容 易 记 住 的 数 字 是 乘 坐 远 程 飞 机 对 你 能 源 足 迹 所 作 的 贡 献 如 果 你 乘 飞 机 到 开 普 敦 ( 南 非 一 城 市 ) 一 年 来 回 一 次, 那 么 你 旅 程 所 耗 能 源 与 每 天 驾 驶 普 通 汽 车 五 十 千 米 一 年 的 总 耗 能 一 样 多 在 英 国, 一 个 显 着 能 源 足 迹 项 目 是 物 品 进 口 的 国 外 产 品 在 英 国 能 源 足 迹 中 通 常 被 忽 略 不 计, 因 为 那 是 其 他 国 家 的 工 业 部 门 所 耗 的 能 源 ; 但 制 造 进 口 货 物 ( 如 车 辆 机 器 白 色 织 物 电 汽 和 电 子 装 置 钢 和 干 货 产 品 ) 的 海 外 能 源 消 费 至 少 也 要 达 到 每 人 每 日 40kWh 本 书 前 半 部 列 出 两 个 明 确 的 结 论 首 先, 要 对 于 目 前 能 源 消 费 作 出 比 较 有 价 值 贡 献 的 可 再 生 能 源 设 施, 它 必 然 是 国 家 规 模 的 例 如 要 用 种 植 能 源 作 物 来 提 供 目 前 能 源 消 耗 的 四 分 之 一, 这 便 需 把 75% 的 英 国 土 地 用 来 种 植 生 物 质 (Biomass) 要 用 波 浪 发 电 来 提 供 目 前 英 国 所 耗 能 源 总 量 的 4%, 便 需 要 把 英 国 五 百 千 米 的 大 西 洋 海 岸 全 部 建 设 成 波 浪 发 电 场 任 何 人 想 要 只 靠 可 再 生 能 源 生 活, 但 又 同 时 期 望 与 此 相 关 的 基 础 设 施 既 非 大 型 也 不 惹 人 显 眼, 都 会 只 是 在 自 欺 欺 人 而 已 其 次, 如 果 不 考 虑 经 济 限 制 和 公 众 反 对, 那 么 对 于 人 均 能 源 消 费 量 为 125kWh/d 的 欧 洲 人 来 讲, 从 这 些 国 家 规 模 的 可 再 生 能 源 来 供 应 是 可 能 的 当 中 两 项 最 大 的 贡 献 者 将 是 光 伏 面 板 和 海 上 风 力 发 电 场 覆 盖 国 土 的 5% 或 10% 的 光 伏 板 将 可 提 供 人 均 50kWh/ d 的 能 量 ; 而 在 两 倍 于 威 尔 士 的 海 面 建 造 风 力 发 电 场 则 能 再 提 供 人 均 能 源 50kWh/d 此 种 一 望 无 际 的 用 光 伏 板 装 饰 的 农 村 和 充 满 风 力 机 械 的 英 国 海 面 ( 其 装 机 容 量 是 目 前 世 界 风 力 发 电 机 组 的 五 倍 ) 从 物 理 定 律 讲 是 可 能 的, 但 公 众 会 接 受 这 种 极 端 的 规 划 并 付 款 买 单 吗? 如 果 回 答 是 : 不, 那 么 我 们 将 被 迫 结 论 : 目 前 英 国 的 能 源 消 耗 是 不 可 能 用 本 土 的 可 再 生 能 源 来 满 足 的 我 们 要 么 大 幅 度 减 低 能 源 消 费, 或 者 开 劈 有 显 著 效 用 的 其 他 能 源 途 径, 当 然 最 好 是 双 贯 齐 下 进 进 出 英 国 的 东 西 ( 公 斤, 每 人 每 天 ) 化 石 燃 料 16 煤 碳 4 石 油 4 天 然 气 8 进 口 物 品 12.5 食 物 1.6 制 成 品 3.5 水 160 出 二 氧 化 碳 和 其 他 温 室 气 体 污 染 30 市 政 废 物 1.6 回 收 0.27 焚 烧 0.13 填 埋 1.0 危 险 废 物 0.2 扔 掉 食 品 0.3 表 4. 资 料 来 源 :DEFRA, 欧 盟 统 计 局, 交 通 部, 国 家 统 计 办 公 室 能 源 每 单 位 陆 地 或 海 洋 面 积 陆 上 风 力 发 电 2 W/m 2 海 上 风 力 发 电 3 W/m 2 潮 汐 池 3 W/m 2 潮 汐 流 6 W/m 2 太 阳 能 光 伏 板 5 20 W/m 2 植 物 0.5 W/m 2 雨 水 ( 高 原 ) 0.24 W/m 2 水 电 设 施 11 W/m 2 地 热 0.017 W/m 2 太 阳 能 烟 囱 0.1 W/m 2 海 洋 热 能 5 W/m 2 沙 漠 太 阳 能 15 W/m 2 表 5. 可 再 生 能 源 设 设 施 必 须 是 国 家 规 模 的, 因 为 所 有 可 再 生 能 源 都 是 非 常 分 散 的 本 表 列 出 由 若 干 可 再 生 能 源 按 每 单 位 陆 地 或 海 洋 面 积 所 提 供 的 能 源
4 第 二 部 分 综 合 能 源 规 划 本 书 第 二 部 分 探 讨 了 六 种 策 略, 以 消 除 在 本 书 第 一 部 分 所 找 出 的 能 源 消 耗 与 可 再 生 能 源 产 量 之 间 的 差 距 然 后, 为 英 国 勾 划 了 若 干 能 源 计 划 蓝 图, 各 种 方 案 可 综 合 计 划 考 虑 图 6. Stirling 碟 式 引 擎 这 些 美 丽 的 能 量 浓 集 器 可 产 生 单 位 面 积 14W/m 2 的 电 力 照 片 由 Stirling 能 源 系 统 提 供 www.stirlingenergy.com 图 7. 英 国 2008 卡 通 片 中 所 述 目 前 人 均 能 源 耗 费 ( 左 侧 二 列 ) 和 未 来 的 能 源 消 费 计 划, 以 及 与 其 相 连 的 某 些 有 可 能 进 一 步 分 项 的 燃 料 ( 右 侧 二 列 ) 该 计 划 所 需 供 电 量 从 每 人 18kWh/d 加 到 48kWh/d 前 三 种 消 除 差 距 的 策 略 为 减 少 能 源 需 求 : 减 少 人 口 ; 改 变 生 活 方 式 ; 改 用 更 加 高 效 的 技 术 其 他 三 条 消 除 差 距 的 策 略 为 增 加 能 源 的 供 应 : 使 用 所 谓 可 持 续 化 石 燃 料 和 清 洁 煤 碳 来 烧 煤, 即 应 用 碳 捕 获 及 储 存 技 术 燃 烧 煤 碳 这 样 我 们 从 煤 碳 得 到 的 是 什 么 样 的 电 力? 是 可 持 续 的 吗?
5 核 能 是 另 一 有 争 议 的 选 项 ; 它 是 否 仍 是 个 临 时 之 举? 第 三 种 要 依 靠 可 再 生 能 源 生 存 的 办 法 是 从 其 他 国 家 那 里 得 到 额 外 的 无 碳 电 力, 特 别 是 从 那 些 阳 光 充 足 得 天 独 厚 幅 圆 辽 阔 人 口 稀 少 的 国 家 撒 哈 拉 沙 漠 的 实 际 潜 力 不 知 是 否 符 合 此 种 需 要? 图 8. 为 英 国 制 订 的 五 种 计 划 所 有 这 些 计 划 的 能 源 供 应 方 面 都 假 定 由 于 供 热 和 交 通 的 能 源 效 益 已 提 高 令 其 需 求 的 能 源 已 大 幅 度 降 低 为 使 讨 论 生 动, 本 书 该 部 分 将 英 国 简 化 为 只 有 三 项 能 源 消 耗 的 漫 画 : 交 通 运 输, 加 热 取 暖 和 电 力 本 书 讲 述 了 为 英 国 作 出 的 五 种 能 源 计 划, 所 有 这 些 计 划 全 都 采 取 交 通 运 输 电 气 化 和 加 热 取 暖 电 气 化 ( 使 用 热 泵 ) 的 办 法 以 降 低 能 源 需 求 电 动 车 辆 兼 具 第 二 个 简 便 的 功 能 : 用 电 量 高 的 电 池 充 电 器 电 源 可 很 容 易 开 关, 因 此 智 能 电 池 充 电 器 可 帮 助 与 大 功 率 可 再 生 能 源 或 核 电 网 的 供 需 作 匹 配 图 9. 建 设 中 的 西 班 牙 100MW 太 阳 能 发 电 厂 - Andasol 白 天 产 生 的 过 量 热 能 可 储 存 于 液 体 盐 罐 内 达 七 小 时, 这 样 可 对 电 网 作 连 续 稳 定 的 电 力 供 应 单 单 位 面 积 土 地 发 电 量 将 是 10W/m 2. 照 片 来 源 :IEA SolarPACS 公 司 交 通 运 输 和 加 热 取 暖 的 电 气 化 当 然 会 增 加 对 发 电 量 的 需 求 上 述 的 五 项 计 划 提 出 了 五 种 以 无 碳 能 源 组 合 的 建 议 来 提 供 这 所 需 的 电 力 每 种 不 同
6 组 合 代 表 了 不 同 的 政 治 色 彩, 包 括 计 划 G 即 绿 色 计 划, 该 计 划 将 清 洁 煤 碳 和 核 电 一 概 舍 弃 ; 计 划 N, 即 NIMBY(Not In My Backyard - 不 在 我 的 后 院 ) 计 划, 该 计 划 着 重 使 用 其 他 国 家 的 可 再 生 能 源, 以 及 计 划 E, 即 所 谓 经 济 学 家 的 计 划, 该 计 划 着 重 考 虑 最 为 经 济 的 无 碳 能 源 选 项 : 陆 上 风 电, 核 电 和 少 数 潮 汐 泻 湖 发 电 Solar in deserts: 16 kwh/d Clean coal: 3 Nuclear: 16 kwh/d Tide: 3.7 Wave: 0.3 Hydro: 0.2 Waste: 1.1 Pumped heat: 12 kwh/d Wood: 5 kwh/d Solar HW: 1 Biofuel: 2 PV: 2 Wind: 8 图 10. 计 划 M, 为 苏 格 兰 英 格 兰 和 威 尔 士 的 综 合 计 划 之 一 灰 绿 色 方 块 为 风 力 风 电 场, 每 块 代 表 100km 2 的 大 小 海 上 的 按 比 例 显 示 的 红 线 为 波 浪 风 电 场 浅 蓝 色 闪 电 状 多 边 体 : 按 比 例 显 示 的 太 阳 能 光 伏 电 场, 每 个 代 表 20km 2. 海 上 的 蓝 色 尖 角 多 边 体 : 潮 汐 风 电 场 海 上 蓝 色 斑 块 ( 位 于 Blackpool 和 Wash): 潮 汐 泻 湖 浅 绿 色 陆 地 区 域 : 树 木 或 短 期 伦 伐 萌 生 林 ( 按 比 例 ) 黄 绿 色 区 域 : 生 物 燃 料 ( 按 比 例 ) 蓝 色 小 三 角 : 废 物 焚 烧 厂 ( 不 按 比 例 ) 棕 色 大 钻 石 : 清 洁 煤 碳 发 电 站, 具 有 与 生 物 质 能 共 燃, 碳 捕 获 和 储 存 等 功 能 ( 不 按 比 例 ) 紫 色 点 : 核 电 站 ( 不 按 比 例 )- 12 个 发 电 站 中 每 一 电 站 发 发 电 量 为 3.3GW( 千 兆 瓦 ) 横 垮 海 峡 的 黄 色 六 边 体 : 远 程 沙 漠 聚 光 太 阳 能 发 电 装 置 ( 按 比 例, 每 个 占 地 355km 2 ) 在 法 国 境 内 的 粉 红 色 弯 曲 线 条 表 示 新 的 高 压 直 流 输 电 线,2000km 长, 从 遥 远 的 沙 漠 向 英 国 供 应 40GW( 千 兆 瓦 ) 电 力 苏 格 兰 地 区 的 黄 星 : 新 抽 水 蓄 能 设 施 红 星 : 现 存 抽 水 蓄 能 设 施 蓝 点 : 屋 顶 太 阳 能 面 板 热 水 器 这 些 计 划 清 楚 地 说 明, 我 们 到 底 有 什 么 积 木 来 建 造 出 我 们 未 来 的 低 碳 社 会 任 何 并 不 大 量 应 用 核 电 或 清 洁 煤 碳 的 能 源 计 划 均 需 使 用 从 他 国 家 引 进 的 可 再 生 能 源 电 力, 以 维 持 能 源 平 衡 最 有 可 能 大 规 模 开 发 的 可 再 生 能 源 是 沙 漠 中 的 聚 光 太 阳 能 发 电 聚 光 太 阳 能 发 电 应 用 移 动 反 射 镜 熔 盐 蒸 汽 和 热 引 擎 的 各 种 组 合 发 电 为 了 表 达 能 源 计 划 规 模 的 综 合 考 虑, 图 9 演 示 了 使 用 着 第 六 个 计 划 的 英 国
7 地 图 该 计 划 的 特 点 是 采 用 了 所 有 可 使 用 的 低 碳 能 源, 其 地 位 大 约 在 前 六 个 计 划 的 中 间, 故 我 将 它 称 为 计 划 M 我 的 目 标 并 不 是 选 那 些 计 划 最 好, 而 是 对 所 有 选 项 提 供 其 真 实 可 靠 的 量 化 事 实 说 到 这 里 我 现 在 重 点 介 绍 几 个 在 定 量 的 灯 光 照 射 下 显 得 坏 的 环 保 科 技, 和 几 个 显 得 好 的 环 保 科 技 坏 : 氢 动 力 车 是 一 个 灾 星 绝 大 多 数 氢 动 力 车 车 原 型 样 机 比 其 替 代 的 化 石 燃 料 车 消 耗 更 多 的 能 源 宝 马 (BMW) 氢 7 行 驶 每 100 千 米 用 去 245kWh 的 能 量 ( 而 英 国 平 均 化 石 燃 油 车 耗 能 量 为 每 100 千 米 80kWh) 图 11. 坏 : BMW 氢 7, 能 量 消 耗 为 每 100 公 里 254kWh. 照 片 来 源 :BMW. 图 12. 好 : Tesla Roadster 电 动 车, 能 量 消 耗 为 每 100 公 里 15kWh. www.teslamotors.com. 图 13. 好 : Aptera 电 动 车, 能 量 消 耗 为 每 100 公 里 6kWh 照 片 来 自 www.aptera.com. 好 : 与 此 相 反, 电 动 车 原 型 样 机 的 耗 能 则 降 低 了 十 倍 : 每 100 千 米 20kWh, 甚 至 到 达 100 千 米 6kWh 电 动 车 远 优 于 混 合 动 力 车 目 前 最 佳 的 混 合 动 力 车 大 约 较 化 石 燃 油 车 好 30%, 这 可 看 作 通 向 电 动 车 时 代 的 短 期 实 用 台 阶 图 14. 好 : 空 气 源 热 泵 的 内 侧 和 外 侧 控 制 面 板, 该 泵 的 效 率 系 数 为 4 其 内 侧 控 制 面 板 附 有 一 支 圆 珠 笔 用 于 刻 度 此 类 富 士 通 产 品 一 台 可 传 输 3.6kWh 的 热 能, 却 只 用 0.845kW 电 力 驱 动 它 亦 能 逆 向 运 转, 用 0.655kW 的 电 力 传 输 2.6kWh 的 冷 气 坏 : 分 散 热 电 联 产 是 另 一 个 似 是 而 非 的 错 误 将 热 和 发 电 相 结 合 ( 也 就 是 说, 把 单 个 发 电 站 建 在 每 一 幢 大 楼 里, 局 部 供 电 并 供 热 以 保 持 大 楼 温 暖 ) 较 标 准 方 法 使 用 化 石 燃 料 ( 亦 即 中 央 发 电 厂 和 局 部 冷 凝 锅 炉 ) 的 效 率 略 高, 这 是 不 错 的 然 而 其 效 率 仅 高 约 7%, 而 且 仍 需 使 用 化 石 燃 料 我 们 的 目 标 不 是 要 弃 化 石 燃 料 吗? 事 实 是 已 有 更 好 的 方 法 提 供 局 部 热 能 : 这 就 是 热 泵 好 : 热 泵 是 反 向 的 电 冰 箱 它 们 可 以 从 大 气, 也 可 以 从 地 下 抽 取 热 能 泵 到 建 筑 物 里 最 近 在 日 本 开 发 的 最 佳 热 泵 的 性 能 系 数 为 4.9, 这 意 味 着 消 耗 1kWh 的 电 力, 热 泵 能 以 热 空 气 或 热 水 的 形 式 提 供 4.9kWh 的 热 能 这 种 使 用 高 品 位 能 源 产 生 热 能 的 方 法, 远 较 简 单 地 将 化 学 制 品 点 火 燃 烧 供 热 的 办 法 效 率 为 高, 后 者 的 性 能 系 数 只 能 达 到 0.9
8 图 15. 坏 : 600W Ampair 微 型 涡 轮 发 电 机 在 Leamington Spa 此 种 微 型 涡 轮 发 动 机 平 均 发 电 量 为 每 日 0.037kWh(1.5W) 坏 : 屋 顶 安 装 的 微 型 风 力 发 电 机 是 彻 头 彻 尾 的 浪 费 资 源, 它 们 连 成 本 都 不 能 回 收 好 : 与 此 相 反, 屋 顶 安 装 的 太 阳 能 热 水 器 的 优 越 性 是 不 言 而 喻 的, 它 真 能 发 挥 作 用, 像 英 国 这 样 日 照 只 有 30% 的 国 家, 只 要 有 3 平 米 普 通 的 太 阳 能 面 板 就 可 供 应 一 典 型 家 庭 所 需 热 水 的 一 半 图 16. 好 : Viridian Solar 的 住 房 试 验 : 使 用 由 3m 2 热 水 面 板 所 产 生 的 太 阳 能 ( 绿 色 ) 以 及 补 充 热 量 ( 蓝 色 ) 来 提 供 住 房 所 需 热 水 ( 照 片 显 示 一 房 屋 的 屋 顶 装 有 同 型 号 的 面 板 ) 该 实 验 模 拟 平 均 欧 洲 家 庭 热 水 消 费 - 每 日 使 用 100 升 热 水 (60 deg) 由 于 热 量 损 失 引 起 了 所 产 生 的 总 热 量 ( 顶 部 黑 线 ) 和 所 耗 用 热 水 能 量 的 差 距 1.5-2kWh/d 品 红 线 表 示 运 转 太 阳 能 系 统 所 需 电 力 这 些 太 阳 能 面 板 平 均 单 位 面 积 可 得 能 量 为 53W/m 2 坏 : 把 电 话 充 电 器 电 源 在 不 用 时 关 闭 是 微 不 足 道 的, 就 像 用 一 个 汤 匙 来 拯 救 泰 坦 尼 克 号 巨 轮 一 样 包 括 了 关 闭 电 话 充 电 器 在 内 的 所 谓 你 可 以 做 的 十 件 事 的 广 泛 传 播 并 非 是 件 好 事, 因 为 人 们 本 来 应 该 关 注 并 采 取 更 有 效 的 措 施, 然 而 它 分 散 了 人 们 的 注 意 力, 拣 了 芝 麻, 丢 了 西 瓜 好 : 将 控 制 的 室 内 温 度 降 低 对 于 普 通 人 讲 是 最 为 有 效 而 且 简 单 易 行 的 办 法 - 将 室 温 降 低 每 一 度 将 使 你 的 热 能 消 耗 降 低 10%; 而 加 热 取 暖 对 绝 大 多 数 英 国 房 屋 来 讲 可 能 是 最 大 的 能 源 消 耗 图 17 所 示 是 从 作 者 家 庭 房 屋 所 得 的 数 据 本 书 无 意 用 来 作 为 高 度 准 确 的 权 威 数 据 库, 而 意 图 只 是 旨 在 说 明 如 何 使 用 近 似 的 数 据 来 和 谐 协 商, 进 行 建 设 性 的 对 话 本 书 并 不 推 荐 任 何 特 定 的 能 源 计 划 或 技 术, 而 是 告 知 在 你 的 建 筑 积 木 箱 中 有 多 少 砖 块 以 及 每 块 砖 的 大 小, 以 便 读 者 自 己 能 弄 懂 如 何 综 合 考 虑 制 订 出 计 划 第 三 部 分 技 术 章 节 本 书 第 三 部 分 将 探 讨 延 伸 至 能 源 消 耗 和 能 源 生 产 的 物 理 基 础 而 在 这 书 尾 段 有 八 份 附 录 展 示 了 如 何 根 据 物 理 学 根 本 原 理 展 示 了 本 书 前 二 部 分 所 出 现 的 数 字 是 如 何 算 出 例 如, 这 些 附 录 解 释 了 为 何 汽 车 的 能 源 使 用 效 率 可 以 明 显 提 高, 而 飞 机 却 不 能 ; 还 解 释 了 如 何 能 粗 略 估 算 风 力 场, 潮 汐 农 场,
9 图 17. 我 家 自 1993 年 到 2007 年 每 年 的 煤 气 消 费 量 每 一 条 线 代 表 一 年 的 累 计 消 费 量, 以 kwh 计 每 年 底 所 显 数 字 为 当 年 平 均 耗 用 率, 以 每 日 kwh 计 煤 气 表 读 数 由 蓝 色 点 指 明 很 明 显, 我 的 读 表 次 数 越 多, 我 的 煤 气 耗 用 越 少 和 海 浪 场 的 发 电 量 本 书 的 大 部 分 是 适 用 于 能 作 加 减 乘 除 四 则 运 算 的 任 何 人, 而 这 些 技 术 性 附 录 则 针 对 那 些 能 轻 易 理 解 像 1 2 mv2 之 类 公 式 的 读 者 图 18. 空 气 流 通 过 风 力 发 动 机 气 流 被 风 力 发 动 机 减 速 并 向 外 扩 散 第 四 部 分 有 用 的 数 据 本 书 最 后 十 六 页 包 含 了 进 一 步 的 参 考 数 据 和 转 换 因 子, 这 对 于 将 本 书 的 想 法 应 用 到 其 他 国 家, 以 及 对 于 由 其 他 组 织 使 用 各 种 单 位 的 彼 此 转 译 都 会 是 有 用 的 2008 年 12 月 2 日 June 6, 2013 进 一 步 资 料 书 的 正 文 ( 英 文 版 ) 可 在 网 站 www.withouthotair.com 免 费 下 载 阅 读 这 书 是 由 UIT Cambridge 公 司 于 2008 年 12 月 2 号 和 2009 年 4 月 1 号 在 英 国 和 北 美 出 版 的 作 者 David Macky 是 英 国 剑 桥 大 学 物 理 系 的 自 然 哲 学 教 授 (Professor of Natural Philosophy)