可再生能源为什么效率不高

你听说过宇宙文明等级吗？

苏联的天文学家卡尔达舍夫曾经设想出了一种文明等级，将宇宙文明划分为7级，而判断一个文明发达与否的关键，就是能源和技术，一个文明拥有的能源越多，就能创造出更多有用的技术。

想象一下，能源无限的世界会是什么样？

首先，所有的电器不再有插头了，无线充电技术得到普及，虽然我们现在也实现无线充电技术，但能量会以电磁波的形式耗散严重，但对于能源无限的世界来说，这点耗散不算什么。

用于充电的电磁感应会充斥整个城市， 汽车 可以在空中飞行，不用加油，地下可能建起了巨大的城市，因为不需要再使用化石燃料，地球环境回到了工业革命之前，到处都是一片美好，这种生活离我们遥远吗？

但当下的我们，可能会面临另一种未来，那就是，严重的环境污染、全球变暖、气候异常。

这都与传统资源的使用脱不开干系。煤炭和石油是远古生物在地层中形成的化石，这种化石的形成过程非常漫长，需要经过几千万年甚至是几亿年，而且它们是不可再生的。

与此同时，我们消耗煤炭和石油的速度还在不断增加，根据美国《油气杂志》发布的2019年全球石油产量和油气储量报告，全球石油剩余探明可采储量大约是2300亿吨。据估计，这些石油大约只够我们地球人在开采47年。

不过随着技术的发展，原先难以开采的陆上深层石油或深海石油，将来也许可以轻松开采了，所以也有观点认为，石油的开采年限应该远远不止47年。

当然，地球也蕴含着可再生、无污染、无碳排放的新能源。

但是，就目前来说，新能源并不能完全取代传统能源。拿水力发电来说，现在，动辄数万吨的水力发电大坝已经阻塞了世界三分之二主要河流，拦截了生态系统运行所必需的营养流，还阻断了鱼类的迁徙路线。除此之外，水电的输出容易受到天气变化的影响，建设成本也很高。

再来看看太阳能发电。

在非洲一片浩瀚的沙海中，有着世界上第一个可以从太空中看到的能源公园，埃及本班太阳能公园，它的占地有37平方公里，总装机量为1800兆瓦，这个功率，完全超过了当初切尔诺贝利核电站的反应堆功率，在不少埃及人看来，这座太阳能公园将在本国的能源转型中发挥“大作用”。

要知道，埃及国内超过90%以上的电力供应都来自传统的发电模式，但发电的成本一直在增加，为此，太阳能资源丰富的埃及一直希望能将这一清洁能源运用起来。

埃及终年阳光普照，一年四季都干旱少雨，而且全境96%的面积都是沙漠，每平方米每年的太阳直接辐射就达到了2000-3000千瓦时，所以利用太阳能，确实是改造整个国家能源现状的最佳解决方案。

但仔细想一想，非洲的撒哈拉沙漠是932万平方公里，是可以容纳近25万个这样的太阳能公园，有学者称，要是真能把撒哈拉沙漠建成一个电厂，光是撒哈拉沙漠一天生产出的电量，就相当于每天生产80到130亿桶石油，而一年的发电量，就是全球用电量的100倍。

但电力的输送并不是一件简单的事，要想将电力输送到欧洲或者美国，成本太高。最关键的是，无法绕开撒哈拉的沙尘暴天气，沙尘会覆盖镜子或光伏面板，导致发电效率迅速降低。

而要把这些沙尘清干净，又需要大量的水和人工，这都是撒哈拉沙漠急缺的，所以想在撒哈拉建太阳能电厂的计划搁浅了。

风能也是现在力推的清洁能源。目前全世界最大的风力发电厂是我国甘肃的酒泉风电基地，这是我国第一个千万级风力基地的启动项目，远超三峡水电站，而且在投入费用上，只有三峡水电站的三分之一，所以酒泉风电基地一度号称“陆上三峡”。

在2020年，它的装机容量就已经增加到2万兆瓦以上，放眼望去，数千座带有巨大叶片的风车在旋转，不仅把新能源辐射到西部地区，还远销中东部省份，并且出口到中亚等国家。

但是，风能发电的供应量也是不稳定的，有时候风力比较大，有时候比较小，每年不同的季节里，风力风速也都在变化，甚至可以说这一秒和下一秒的风速都是不一样的，这会造成风力发电提供的电力有时候富裕，有时候又不足。

而且这里的电能要进行远距离传输的话，就需要建设输变电站和远距离的特高压电路，这样一来成本就更高了，对其他地区的电力用户来说不划算。

再来看看潮汐发电。这是一种利用海水的潮起潮落发电的方式，潮汐能蕴藏量极大、取之不尽，用之不竭，不需要开采和运输，是完全洁净无污染的可再生能源，发电原理和普通的水利发电相似，通常在有条件的海湾或者感潮口建筑堤坝、闸门和厂房。

目前世界上最大的潮汐能发电站是韩国的京畿道安山市始华湖潮汐能发电站，装机容量有254兆瓦，每年为韩国节省了1000亿的原油进口费。

据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，也是一个天文数字，但和上面所说的可再生能源一样，存在难以运输，供电不稳定的情况。

根据2019年全球能源消费总量来看，石油、天然气、煤炭的消费占比达到了84.3%。虽然比例在下降，但可再生能源要追赶上来，也不是一朝一夕的事。

那么我们还能寄希望于哪里？

地球上的能量，无论是化石能源，还是风力、水力，最终的来源都是太阳，我们还是得依靠太阳的力量，研究出可控核聚变这种制造恒星的技术。否则在未来，人类可能还是被禁锢在地球上，以相互伤害的方式自生自灭。

可再生资源产生“铭牌”能力的时间百分比非常低。在德国，能源转变的第一个例子，太阳能仅在 11% 的时间内产生其额定功率输出，这意味着您需要在 89% 的时间内进行备用。对于风能，这个数字要好一些，但它们也保持在 15% 到 25% 之间（取决于离岸陆上，以及每年的风量），所以同样，85% 到 75% 的时间需要备用.

由于风能和太阳能的能量密度非常低，因此您需要非常大的装置来收集能量。这意味着必须首先投资大量材料（钢、混凝土、玻璃、光伏面板、支架、电缆等）。所有这些材料都必须生产，消耗各种资源和大量能源。一个 3 兆瓦的风力涡轮机是用 200 吨钢材建造的，钢材是用煤制成的。因此，可再生能源的实际二氧化碳排放量比大多数人意识到的要高。

所有技术装置的使用寿命都是有限的。在某个时间点，安装不再起作用。所以你必须更换安装。随着规模的扩大，这将是一个严重的问题。例如，如果您在整个美国安装了 10 亿块太阳能电池板，所有这些太阳能电池板的使用寿命为 30 年（= 保证使用寿命 + 10 年），那么您每天必须更换超过 90.000 块太阳能电池板，以维持文明的其余部分。仅第一次安装的成本（保守估计）约为 5000 亿美元；更换面板的成本约为每天 4500 万美元。风力涡轮机也是如此。

在上面的例子中，10 亿块太阳能电池板将产生大约 250 吉瓦，但前提是太阳以适当的角度照射。这大约相当于美国电力供应的一半。因此，您将需要更多，更多。

但如果你这样做，太阳照耀的时候你的电会太多，晚上的时候你的电就不够了。好的，那么存储呢？一个严峻的事实是，即使是电池工程师最疯狂的梦想，他们也无法想出一个能够存储这么多能量的解决方案。即使是已经建成的最大规模的电池装置也只能提供所需的一小部分。见下文。

这种巨大的电池在能源方面是世界上最大的，仅可提供 50 兆瓦的电力，持续 6 小时。在那之后，它是空的。

可再生资源主要只生产电力。那么，对于汽油（汽油）、供暖、工业流程、航空、航运等众多其他消费，该怎么办？

总之，可再生能源肯定会对电力消耗产生一些影响，特别是在电力昂贵的地区（岛屿），但在我们大规模使用能源的情况下，它不会产生太大影响。全球统计数据证实了这一点：太阳能仅占全球电力需求的1% ，风能约占 3%。因此，全球计划大规模新建燃煤产能以满足需求的增长。

然而，其中主要是废物燃烧和生物燃料。

生物燃料已被证明在减少二氧化碳排放方面效率低下，应尽快停止使用。废物燃烧主要是塑料（即精炼油）

如果你在这张图中引入太阳能和风能，它们几乎看不到。请记住，在投入数万亿美元之后，几乎看不到。

然而，幸运的是，我们的能源需求有一个解决方案，它是清洁的、非常安全的、非常强大的、24/7/365 工作并且可以使用 10.000 年。

转化成其它能速度快.利用价值高,用之不竭，污染极小.缺点

费用昂贵.

风能

用之不竭，成本低，污染极小

缺点

涡轮噪音大受地域限制

水能

对水和空气污染小

缺点

受地域限制水坝会影响生态环境

地热能

用之不竭，没有污染

缺点

受地域限制

大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源，而是百年甚至千年的。

随着能源危机的出现，人们开始发现可再生能源的重要性。

·太阳能

·地热能

·水能

·风能

·生物质能

·潮汐能

所有人类活动的基本能源都来自太阳，透过植物的光合作用而被吸收。

木材

柴是最早使用的能源，透过燃烧成为加热的能源。烧柴在煮食和提供热力很重要，它让人们在寒冷的环境下仍可生存。

动物牵动

传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外，亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。

生物质燃料

此种燃料原为可再生能源，如能产出与消耗平衡则不会增加二氧化碳。但如消耗过量而毁林与耗竭可返还土壤的有机物，就会破坏产耗平衡。用生物质在沼气池中产生沼气供炊事照明用，残渣还是良好的有机肥。用生物质制造乙醇甲醇可用作汽车燃料。

水力

磨坊就是采用水力的好例子。而水力发电更是现代的重要能源，尤其是中国这样满是河流的国家。此外，中国有很长的海岸线，也很适合用来作潮汐发电。

风力

人类已经使用了风力几百年了。

太阳能

太阳直接提供了能源给人类已经很久了，但使用机械来将太阳能转成其他能量形式还是近代的事。

潮汐能

潮汐发电利用潮水涨落，世界已有电站容量16GW。

从地球蕴藏的能源数量来看，自然界存在有无限的能源资源。仅就太阳能而言，太阳每秒钟通过电磁波传至地球的能量达到相当于500多吨煤燃烧放出的热量。这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨煤的热量，大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。不过，由于人类开发与利用地球能源尚受到社会生产力，科学技术、地理原因及世界经济、政治等多方面因素的影响与制约。包括太阳能、风能、水能在内的巨大数量的能源，可以利用的仅占微乎其微的比例，因而，继续发展的潜力巨大。人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化，逼迫使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展，依仗能源的可持续供给，这就必须研究开发新能源和可再生能源。

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018千瓦时（3.78×1024J），相当于1.3×106亿吨标准煤。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持6×1010年。所以可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。但如何合理利用太阳能，降低开发和转化的成本，是新能源开发中面临的重要问题。

风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助航、制冷和致热等。风力发电是主要的风能开发利用方式。中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦，列世界第三位，有广阔的开发前景。风能是一种自然能源，由于风的方向及大小都变幻不定，因此其经济性和实用性由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。

对于核电站，人们有许多误解，其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变，核燃料是铀、钚等元素，核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质，例如钍，本身并非核燃料，但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。

近年来，许多发展中国家虽然都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低，在国家各种优惠政策的鼓励下，全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮，尤其是近年来，由于全国性缺电严重，民企投资小水电如雨后春笋，悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的，2003年开始，特大水电投资项目也开始向民资开放。2005年，根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划，中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。

氢是一种二次能源，一种理想的新的含能体能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水，其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢，如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等；化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石。用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电，其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善，氢能将在21世纪的能源舞台上大展风采。

地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库，仅地下10千米厚的一层，储热量就达1.05×1026焦耳，相当于9.95×1015标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力，新技术业已成熟，并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面，未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的，不受天气状况的影响，既可作为基本负荷能使用，也可根据需要提供使用。

海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。1910年，法国的普莱西克发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气，推动风力发动机组发电的装置，把1千瓦的电力送到岸上，开创了人类把海洋能转变为电能的先河。目前已开发出60-450千瓦的多种类型波浪发动装置。

此外，还有生物质能，是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量，目前发展中的开发利用技术主要是，通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等，通过压块细蜜成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。