朱頭山

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無解的氣候問題有了一個終結方案

(2023-06-11 07:50:02) 下一個

英國最近一篇文章,分析綠色能源的經濟效益後,得出了一個悲觀的結論。那些綠色能源即使花了十倍的錢也無法滿足現有的能源需求,是不可持續的。

英國現有電力價格是自1920年有記錄以來最高的。 其中一個原因是顯而易見的:略低於一半的電力來自燃氣聯合循環燃氣輪機(CCGT),而燃氣現在的成本為每兆瓦時(MWh)90英鎊,幾乎是正常成本的五倍。 CCGT建造成本低廉(每GW約650m英鎊)且運營成本低廉。 在正常情況下,它們將以總成本40英鎊/ MWh發電。由於弗拉基米爾·普京對天然氣市場的影響,這一數字現已上升至近150英鎊/ MWh 。

但這並不是全部。 英國電力價格之所以如此昂貴的另一個原因是擁有如此多的風力發電:特別是如此多的海上風力發電。 盡管目前的情況很糟糕,但如果我們建造了更多的海上風電,就會處於更糟糕的狀態,而英國政府計劃這樣做。

例如,海上風電場Hornsea Two和Moray East於2022年竣工,每兆瓦的資本成本分別為27.7億英鎊和27.5億英鎊,是CCGT容量成本的四倍以上。 它們的維護成本很高,這並不奇怪,因為海上風電場的所有發電機都安裝在遠離陸地的200米高的桅杆頂部。 維護成本估計高達每兆瓦裝機容量每年2億英鎊。 海上風電發電的名義成本為170英鎊/兆瓦時 - 即使在這些高天然氣價格的可怕時期,它也明顯高於CCGT的價格。

更糟糕的是,像大多數其他可再生發電技術一樣,風力發電是不可預測的間歇性和高度變化的。此外,由於風力渦輪機未與電網同步連接,因此它們不提供“電網慣性”。當需要能量時,無法要求風力渦輪機提供能量,它們的輸出會迅速變化。這些缺陷必須得到緩解和成本核算,用戶必須支付這些成本以及電費。

2021年,英國的年度電網平衡成本達到了41.9億英鎊,每戶家庭為150英鎊。為了對比,回到1995年,當我們沒有太多的風力發電時,電網的平衡成本僅為每年2.5億英鎊。這些成本中的一個很大且不斷增長的貢獻是約束管理,因為當風力發電廠產生不需要的電力時 - 也許是在半夜刮風時 - 就會支付費用以使該電力不進入電網。

然後是電網慣性。英國電網被稱為島嶼電網,這意味著我們完全負責控製電網頻率在嚴格的限製範圍內,以便插入電網的東西能夠按預期工作。隨著電網係統慣性的增加,頻率控製變得更加容易。電網係統慣性是衡量係統對瞬態變化的響應能力的關鍵指標。慣性是直接連接到係統的機器(發電機和電動機)旋轉質量中存儲的能量之和。除了燃燒樹木生物質站和水力發電外,可再生能源發電廠沒有為電網帶來任何慣性:隨著可再生能源比例的提高,係統慣性下降,大麵積停電等重大問題的風險增加。

1995年,電網頻率穩定的問題需要提供快速響應的發電機,能夠以每秒0.13 GW的速率改變它們的組合輸出以應對波動。隨著如此多不可預測的風力發電的到來,這個數字現在已經增加了近十倍,達到了每秒1.15 GW!

為了使可再生能源能夠連接到電網上,需要像非常快速響應的燃氣發電機這樣的額外服務,這將使可再生能源的成本增加30英鎊/兆瓦時至50英鎊/兆瓦時。因此,離岸風力發電機對客戶的真實成本實際上在200英鎊/兆瓦時至220英鎊/兆瓦時之間,比CCGTs更高,即使在這個燃氣價格極高的時期也是如此。

但似乎燃氣輪機發電機組的淘汰速度將比計劃的要快得多。政府提出了到2030年將海上風電擴展到60 GW(資本支出為1220億英鎊),到2035年將太陽能擴展到70 GW(到2030年的資本支出為300億英鎊)

這是極其不明智的:我們仍然沒有大規模儲存電力的方法,家庭供暖和交通向電力的轉變計劃進展緩慢,可能會完全停滯。創建這樣一個大型風能,太陽能發電設施會引發噩夢般的情景:早晨需求量很小,絕大部分發電都是零慣性的太陽能,大規模的電網崩潰幾乎是必然的。將產生大量能源,隻能被昂貴地限製和浪費,而無法滿足需求的情況——伴隨著停電——將變得不可避免。

這篇文章用英國的例子說明,實踐證明,現有的所謂的綠色能源無法實現對化石能源的替代,但不管,人類將要滅亡。最近氣候已經越來越異常,有科學家認為,實際上現在的氣溫已經超出了臨界點,比工業化開始時增加1.5度的界限,以後地球的氣溫將不可逆,人類將在100年左右滅亡,我們的孫輩可能是人類的最後一代!

有沒有別的方法來解決氣候變化這一終結難題?有位美國科學家提出了一個奇葩的方法,將地球推得離太陽遠一點!

太陽係的行星,圍繞太陽的公轉速度會越來越慢,離太陽也越來越近。按計算,地球要到十億年後,才能達到氣候不適宜地球生物生活的程度。那不是個人類需要擔心的時間,但問題是,因為,因為人類的活動,地球提前進入了酷熱期。如果讓地球公轉的速度快一點,地球就會能離太陽遠一點,落到地球的能量就會減少,就能夠抵消碳排的影響,維持原有的氣候。

這位科學家甚至計算出來,十億年自然的推移距離是100萬公裏而已,因此隻要推遠百萬分之一,大約幾公裏,就可以抵消碳排的影響。那些新能源車,也純屬沒事找事,旁邊歇菜去吧!

以前中國的科幻電影《移動地球》設想的方案,是在地球裝滿火箭發動機,一部分發動停止地球的自轉,一部分發動讓地球沿著一個方向移動上幾千年,達到一個安全的地點。

這位科學家提出了另一個方案。找一顆大隕石,直徑大約40公裏左右,在上麵裝上火箭發動機,以類似於移動地球的方法,朝地球加速而來。在兩個球體引力場接觸時,利用作用力和反作用力原理,隕石減速的同時,能使得地球加速。這一次接觸,使地球加速的程度,能使地球遠離太陽幾公裏,這就足夠抵消碳排對氣候的影響了。隻要一千年來一次,就可以一直使得地球離開太陽一段路,最後逃避自然的地球熱化過程,而人類可以根據實際上的氣候變化,讓這顆隕石需要的時候來一下,就可以避免氣候變化對氣球生物和人類的影響!

要實現這些,肯定是有很大挑戰的,恐怕也不是美國一家能做到的。但這個方案比移動地球的規模要小多了,也是現有技術具有可能性的,至少比搗鼓那些不可行的綠色能源(還有人不信,而且也無法約束所有的國家都跟上)要靠譜!

船都要翻了,中俄美還在互鬥,一起死難道比一個死好受?還是齊心協力,幹幹這些靠譜的事吧!

 

 

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閱讀 ()評論 (20)
評論
新林院 回複 悄悄話 朱頭山 寫道:“如果整個軌道平麵想遠處平推7公裏,輻射量的減少還是相當可觀的。2萬噸TNT級原子彈爆炸,光輻射致命距離是7000米,由此可見,光輻射的衰減還是很厲害的。”
如果離光源近,往外推7公裏,輻射會減少很多。
如果離光源遠,往外推7公裏,輻射減少微乎其微。
這從公式 i1 / i2 = sq(D2) / sq(D1) 可以看出來。
先看離光源近的。
不妨假設人和原子彈爆炸中心的距離 D2 是 1 公裏。
我們把人推遠7公裏,新距離 D1 是 8 公裏。看看輻射強度減少多少。
sq(D2) / sq(D1) = sq(1) / sq(8) = 0.015625
也就是說,把人推遠7公裏以後,原子彈輻射強度是以前的 1.5625%
也就是說,把人推遠7公裏以後,原子彈輻射強度減少了 98.4375%
再看離光源遠的。
我上次計算,把地球往外推7公裏,太陽光輻射強度減少了 0.0000093333%,跟減少 98% 沒法比。
這在實際生活中也可以看到。如果你離燈很近,你在牆上的影子會是你的兩倍,牆接受的輻射強度是你接受的輻射強度的一半。這是因為相鄰的兩束光線之間的角度很大。
你離太陽很遠,陽光把你照的牆上的影子跟你幾乎一樣大,牆接受的輻射強度和你接受的輻射強度幾乎一樣。這是因為相鄰的兩束光線幾乎平行。
luren_1970 回複 悄悄話 朱頭山同誌的科學水平很低下啊!為啥太陽係的行星繞太陽轉的速度會越來越慢?難道有啥摩擦力?再說了,離太陽越近繞行的速度應該越快才對啊。開普勒定律,多麽古老的東西,難道不知道?
新林院 回複 悄悄話 回複 '朱頭山' 的評論 :
μ 是光在介質中的線性衰減係數。
光在介質(例如水或金屬)中走時,碰上介質中的粒子,能量會衰減。
光在真空中走時,沒有介質,不碰上粒子,能量不會衰減,μ 是零。
把 μ=0 代入以上公式,
ΔE = I[1-e^(-0d)]ε = I[1-1]ε = 0
這表明,一個光子在真空走時,攜帶的能量衰減量為零。
另外,ΔE不是光的能量,而是光的能量有了多少變化。
ΔE=0,表示沒有變化,光在走過真空以後攜帶著出發時的全部能量。
每一個光子在真空行走時能量不會衰減。
當一個點光源向一個球麵發光時,球麵半徑越大,照射到球麵上單位麵積的光子數量也就越少,所以輻射強度會降低。
這個輻射強度降低的原因是單位麵積光子數量少了,而不是每個光子的能量小了。
所以,以上公式在光在介質(如水或金屬)中傳播才有意義,在真空中傳播沒有意義,因為光在真空中不會衰減。
朱頭山 回複 悄悄話 回複 '新林院' 的評論 : 這個問題有點複雜,不僅僅是光的輻射能減少的問題,這裏找到一個公式ΔE=ΔIε=(I-I’)ε=I[1-e^(-μd)]ε=E[1-e^(-μd)], 其中μ是光在介質中的線性衰減係數,d是光程,μ是小於1的數值,可見有7000米的光程,光的能量ΔE幾乎損耗完畢,這隻是點光源(一個光子)的情況,總之,光子攜帶的能量是迅速衰減的,不亞於太陽光的原子彈爆炸,7000米外就不致命了,可見距離之重要。
新林院 回複 悄悄話 根據平方反比定律,太陽光輻射強度會按距離的平方反比而下降。
i1 / i2 = sq(D2) / sq(D1)
不妨假設地球和太陽的距離 D2 是 150,000,000 公裏。
我們把地球推遠7公裏,新距離 D1 是 150,000,007 公裏。看看輻射強度減少多少。
sq(D2) / sq(D1) = sq(150,000,000) / sq(150,000,007) = 0.999999906667
也就是說,把地球推遠7公裏以後,太陽光輻射強度是以前的 99.9999906667%
也就是說,把地球推遠7公裏以後,太陽光輻射強度減少了 0.0000093333%
太陽光輻射強度減少了這個量,能使溫度減少多少,我就不知道了,如果有高人知道,可以接著往下算。
朱頭山 回複 悄悄話 回複 '新林院' 的評論 : 如果整個軌道平麵想遠處平推7公裏,輻射量的減少還是相當可觀的。2萬噸TNT級原子彈爆炸,光輻射致命距離是7000米,由此可見,光輻射的衰減還是很厲害的。
新林院 回複 悄悄話 地球離太陽最近的距離是 147.1 million 公裏。
地球離太陽最遠的距離是 152.1 million 公裏。
地球離太陽最近的距離比地球離太陽最遠的距離少 5.0 million 公裏。
假設地球離太陽最近的點是A。假設地球離太陽最遠的點是B。
那麽 A 和 B 之間的距離是 299.2 million 公裏。
朱頭山 回複 悄悄話 回複 '古三通' 的評論 : 還有,遠日點和近日點距離500萬公裏,不等於遠日點離太陽的距離比近日點多500萬公裏,這裏談的是地球和太陽的距離,不是不同點相互的距離。
朱頭山 回複 悄悄話 回複 '古三通' 的評論 : 萬分之一需遠7萬公裏,距離和輻射是平方關係,則百萬分之一隻需要遠7公裏,和他的計算接近。寒冬和酷暑的差別還是很大的,而這裏講的平均距離,每一點上輻射降一點,總輻射量的減少還是驚人的。還有,冬夏的主要原因並非遠日點近日點吧,北半球的冬天時,同時赤道一直是炎夏,南半球也是夏天,這是由地球的傾斜角和自轉導致的, 和公轉速度無關。
古三通 回複 悄悄話 樓主愚公移山之類的東西看多了。
地球太陽距離1億5千萬公裏,要減少太陽輻射強度萬分之一,需要將地球太陽距離增加7萬5千公裏。
事實上,地球近日點和遠日點相差500萬公裏,而地球處在近日點時正好是北半球的冬天,而在遠日點時是北半球的夏天。所以500萬公裏的距離並不會造成太大的太陽輻射強度的差別,何況你的幾公裏的距離。
不過樓主提出了一個很好的解決全球暖化的思路,那就是減少太陽輻射。比如我們可以盡量將太陽輻射反射回去,將所有的房頂塗成白色就是一種很好的辦法。
竹風_如火 回複 悄悄話 總之是要尊重自然,人類很渺小,渺小到沒有可能和自然抗爭。
朱頭山 回複 悄悄話 回複 'qiao6' 的評論 : 94.386 million mi between earth and sun
PeonyInJuly 回複 悄悄話 回複 '新林院' 的評論 : 感謝感謝您的解釋! 真高興遇到專家啦。 環保是我最近關注的話題。 您的comments are very insightful and helpful. Please feel free to share more on the topic if you like. 洗耳恭聽。
qiao6 回複 悄悄話 地球距太陽150萬公裏。
地球接收到的光輻射與到太陽距離的平方成反比 (即1/150000,0^2). 幾公裏之差的影響應該忽略不計啊?
新林院 回複 悄悄話 PeonyInJuly 寫道【那豈不是我們消費者也沒有必要去recycle, reuse and reduce啦?】
這三個 R 的有用程度可以按照您所說的順序反過來。
Reduce 最有用。像 Imelda Marcos 的 3000 雙鞋,如果能減少到 30 雙,就能少砍森林來養牛、製革,少燒石油製鞋、運鞋。
Reuse ,再次用舊的,減少買新的,基本可以歸類到 Reduce,算是一回事。
Recycle 有用程度非常小,甚至還有壞處。鋁罐最容易 recycle。但人類造出最多的廢物,塑料,很難 recycle。電子廢品從美國用遠洋輪船運到中國去 recycle, 電路板上有很多有毒物質,做這個行業回收一點金子出來,但付出極大的環境代價,那些地方的土壤都被毒化,永世不能種莊稼了。瑞典是一個全民環保意識很強的國家。瑞典人 recycle 熱情非常高,像體育競賽一樣,但 recycle 也讓人買東西時減少 guilty 感,覺得“反正能 recycle,多買點也沒事”,反而鼓勵買更多的東西。
紅米2015 回複 悄悄話 在第一拉格朗日點附近建造一個巨大的遮光板陣,擋掉一部分照到地球的陽光,是否可行?
阿留 回複 悄悄話 這些方法具有巨大的不確定性,遠沒有盡量減排順其自然為好。現在的媒體也有很大誤導,事實是,看看專家的評價:https://youtu.be/-3Wg3yaQVA4?t=6524
PeonyInJuly 回複 悄悄話 讚好文!
從你的文中學到新知識, 新信息。
sustainability話題最近很熱。 如果您文中所言(綠色能源不可行)proved to be true, 那豈不是我們消費者也沒有必要去recycle, reuse and reduce啦? 還有許多綠色出行,綠色品牌,等等, 都要重新定位?
新林院 回複 悄悄話 其實有一個比隕石簡單得多、風險也小得多的解決“無解的氣候問題“的終結方案。
這就是:實現地球人口“零增長”或人口減少,達到溫室氣體被人類排放和被森林吸收平衡的程度。
任何人口的增長都會導致溫室氣體排放的增長。這是簡單的算術。
就看決策者有沒有勇氣在“即使人類滅亡也要堅持政治正確、不許談限製人口”和“限製人口以停止氣候變暖”這兩個選項裏做出“政治不正確、但能使人類生存下去”的選擇。
若幹年前,環境保護主義者(如 Sierra Club)呼籲關注人口爆炸對環境和氣候的影響。後來,因為懼怕被指責“政治不正確”而終結政治生涯或學術生涯,現在沒人敢說了。
Firefox01 回複 悄悄話 給自己的思想,插上想象的翅膀,然後,加以論證,這就是科學家的工作。科學能夠解決世界的所有問題嗎?答案可能因人而異,總體來看,是不能。
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