朱头山

无意邀众赏,一心追残阳
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无解的气候问题有了一个终结方案

(2023-06-11 07:50:02) 下一个

英国最近一篇文章,分析绿色能源的经济效益后,得出了一个悲观的结论。那些绿色能源即使花了十倍的钱也无法满足现有的能源需求,是不可持续的。

英国现有电力价格是自1920年有记录以来最高的。 其中一个原因是显而易见的:略低于一半的电力来自燃气联合循环燃气轮机(CCGT),而燃气现在的成本为每兆瓦时(MWh)90英镑,几乎是正常成本的五倍。 CCGT建造成本低廉(每GW约650m英镑)且运营成本低廉。 在正常情况下,它们将以总成本40英镑/ MWh发电。由于弗拉基米尔·普京对天然气市场的影响,这一数字现已上升至近150英镑/ MWh 。

但这并不是全部。 英国电力价格之所以如此昂贵的另一个原因是拥有如此多的风力发电:特别是如此多的海上风力发电。 尽管目前的情况很糟糕,但如果我们建造了更多的海上风电,就会处于更糟糕的状态,而英国政府计划这样做。

例如,海上风电场Hornsea Two和Moray East于2022年竣工,每兆瓦的资本成本分别为27.7亿英镑和27.5亿英镑,是CCGT容量成本的四倍以上。 它们的维护成本很高,这并不奇怪,因为海上风电场的所有发电机都安装在远离陆地的200米高的桅杆顶部。 维护成本估计高达每兆瓦装机容量每年2亿英镑。 海上风电发电的名义成本为170英镑/兆瓦时 - 即使在这些高天然气价格的可怕时期,它也明显高于CCGT的价格。

更糟糕的是,像大多数其他可再生发电技术一样,风力发电是不可预测的间歇性和高度变化的。此外,由于风力涡轮机未与电网同步连接,因此它们不提供“电网惯性”。当需要能量时,无法要求风力涡轮机提供能量,它们的输出会迅速变化。这些缺陷必须得到缓解和成本核算,用户必须支付这些成本以及电费。

2021年,英国的年度电网平衡成本达到了41.9亿英镑,每户家庭为150英镑。为了对比,回到1995年,当我们没有太多的风力发电时,电网的平衡成本仅为每年2.5亿英镑。这些成本中的一个很大且不断增长的贡献是约束管理,因为当风力发电厂产生不需要的电力时 - 也许是在半夜刮风时 - 就会支付费用以使该电力不进入电网。

然后是电网惯性。英国电网被称为岛屿电网,这意味着我们完全负责控制电网频率在严格的限制范围内,以便插入电网的东西能够按预期工作。随着电网系统惯性的增加,频率控制变得更加容易。电网系统惯性是衡量系统对瞬态变化的响应能力的关键指标。惯性是直接连接到系统的机器(发电机和电动机)旋转质量中存储的能量之和。除了燃烧树木生物质站和水力发电外,可再生能源发电厂没有为电网带来任何惯性:随着可再生能源比例的提高,系统惯性下降,大面积停电等重大问题的风险增加。

1995年,电网频率稳定的问题需要提供快速响应的发电机,能够以每秒0.13 GW的速率改变它们的组合输出以应对波动。随着如此多不可预测的风力发电的到来,这个数字现在已经增加了近十倍,达到了每秒1.15 GW!

为了使可再生能源能够连接到电网上,需要像非常快速响应的燃气发电机这样的额外服务,这将使可再生能源的成本增加30英镑/兆瓦时至50英镑/兆瓦时。因此,离岸风力发电机对客户的真实成本实际上在200英镑/兆瓦时至220英镑/兆瓦时之间,比CCGTs更高,即使在这个燃气价格极高的时期也是如此。

但似乎燃气轮机发电机组的淘汰速度将比计划的要快得多。政府提出了到2030年将海上风电扩展到60 GW(资本支出为1220亿英镑),到2035年将太阳能扩展到70 GW(到2030年的资本支出为300亿英镑)

这是极其不明智的:我们仍然没有大规模储存电力的方法,家庭供暖和交通向电力的转变计划进展缓慢,可能会完全停滞。创建这样一个大型风能,太阳能发电设施会引发噩梦般的情景:早晨需求量很小,绝大部分发电都是零惯性的太阳能,大规模的电网崩溃几乎是必然的。将产生大量能源,只能被昂贵地限制和浪费,而无法满足需求的情况——伴随着停电——将变得不可避免。

这篇文章用英国的例子说明,实践证明,现有的所谓的绿色能源无法实现对化石能源的替代,但不管,人类将要灭亡。最近气候已经越来越异常,有科学家认为,实际上现在的气温已经超出了临界点,比工业化开始时增加1.5度的界限,以后地球的气温将不可逆,人类将在100年左右灭亡,我们的孙辈可能是人类的最后一代!

有没有别的方法来解决气候变化这一终结难题?有位美国科学家提出了一个奇葩的方法,将地球推得离太阳远一点!

太阳系的行星,围绕太阳的公转速度会越来越慢,离太阳也越来越近。按计算,地球要到十亿年后,才能达到气候不适宜地球生物生活的程度。那不是个人类需要担心的时间,但问题是,因为,因为人类的活动,地球提前进入了酷热期。如果让地球公转的速度快一点,地球就会能离太阳远一点,落到地球的能量就会减少,就能够抵消碳排的影响,维持原有的气候。

这位科学家甚至计算出来,十亿年自然的推移距离是100万公里而已,因此只要推远百万分之一,大约几公里,就可以抵消碳排的影响。那些新能源车,也纯属没事找事,旁边歇菜去吧!

以前中国的科幻电影《移动地球》设想的方案,是在地球装满火箭发动机,一部分发动停止地球的自转,一部分发动让地球沿着一个方向移动上几千年,达到一个安全的地点。

这位科学家提出了另一个方案。找一颗大陨石,直径大约40公里左右,在上面装上火箭发动机,以类似于移动地球的方法,朝地球加速而来。在两个球体引力场接触时,利用作用力和反作用力原理,陨石减速的同时,能使得地球加速。这一次接触,使地球加速的程度,能使地球远离太阳几公里,这就足够抵消碳排对气候的影响了。只要一千年来一次,就可以一直使得地球离开太阳一段路,最后逃避自然的地球热化过程,而人类可以根据实际上的气候变化,让这颗陨石需要的时候来一下,就可以避免气候变化对气球生物和人类的影响!

要实现这些,肯定是有很大挑战的,恐怕也不是美国一家能做到的。但这个方案比移动地球的规模要小多了,也是现有技术具有可能性的,至少比捣鼓那些不可行的绿色能源(还有人不信,而且也无法约束所有的国家都跟上)要靠谱!

船都要翻了,中俄美还在互斗,一起死难道比一个死好受?还是齐心协力,干干这些靠谱的事吧!

 

 

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评论
新林院 回复 悄悄话 朱头山 写道:“如果整个轨道平面想远处平推7公里,辐射量的减少还是相当可观的。2万吨TNT级原子弹爆炸,光辐射致命距离是7000米,由此可见,光辐射的衰减还是很厉害的。”
如果离光源近,往外推7公里,辐射会减少很多。
如果离光源远,往外推7公里,辐射减少微乎其微。
这从公式 i1 / i2 = sq(D2) / sq(D1) 可以看出来。
先看离光源近的。
不妨假设人和原子弹爆炸中心的距离 D2 是 1 公里。
我们把人推远7公里,新距离 D1 是 8 公里。看看辐射强度减少多少。
sq(D2) / sq(D1) = sq(1) / sq(8) = 0.015625
也就是说,把人推远7公里以后,原子弹辐射强度是以前的 1.5625%
也就是说,把人推远7公里以后,原子弹辐射强度减少了 98.4375%
再看离光源远的。
我上次计算,把地球往外推7公里,太阳光辐射强度减少了 0.0000093333%,跟减少 98% 没法比。
这在实际生活中也可以看到。如果你离灯很近,你在墙上的影子会是你的两倍,墙接受的辐射强度是你接受的辐射强度的一半。这是因为相邻的两束光线之间的角度很大。
你离太阳很远,阳光把你照的墙上的影子跟你几乎一样大,墙接受的辐射强度和你接受的辐射强度几乎一样。这是因为相邻的两束光线几乎平行。
luren_1970 回复 悄悄话 朱头山同志的科学水平很低下啊!为啥太阳系的行星绕太阳转的速度会越来越慢?难道有啥摩擦力?再说了,离太阳越近绕行的速度应该越快才对啊。开普勒定律,多么古老的东西,难道不知道?
新林院 回复 悄悄话 回复 '朱头山' 的评论 :
μ 是光在介质中的线性衰减系数。
光在介质(例如水或金属)中走时,碰上介质中的粒子,能量会衰减。
光在真空中走时,没有介质,不碰上粒子,能量不会衰减,μ 是零。
把 μ=0 代入以上公式,
ΔE = I[1-e^(-0d)]ε = I[1-1]ε = 0
这表明,一个光子在真空走时,携带的能量衰减量为零。
另外,ΔE不是光的能量,而是光的能量有了多少变化。
ΔE=0,表示没有变化,光在走过真空以后携带着出发时的全部能量。
每一个光子在真空行走时能量不会衰减。
当一个点光源向一个球面发光时,球面半径越大,照射到球面上单位面积的光子数量也就越少,所以辐射强度会降低。
这个辐射强度降低的原因是单位面积光子数量少了,而不是每个光子的能量小了。
所以,以上公式在光在介质(如水或金属)中传播才有意义,在真空中传播没有意义,因为光在真空中不会衰减。
朱头山 回复 悄悄话 回复 '新林院' 的评论 : 这个问题有点复杂,不仅仅是光的辐射能减少的问题,这里找到一个公式ΔE=ΔIε=(I-I’)ε=I[1-e^(-μd)]ε=E[1-e^(-μd)], 其中μ是光在介质中的线性衰减系数,d是光程,μ是小于1的数值,可见有7000米的光程,光的能量ΔE几乎损耗完毕,这只是点光源(一个光子)的情况,总之,光子携带的能量是迅速衰减的,不亚于太阳光的原子弹爆炸,7000米外就不致命了,可见距离之重要。
新林院 回复 悄悄话 根据平方反比定律,太阳光辐射强度会按距离的平方反比而下降。
i1 / i2 = sq(D2) / sq(D1)
不妨假设地球和太阳的距离 D2 是 150,000,000 公里。
我们把地球推远7公里,新距离 D1 是 150,000,007 公里。看看辐射强度减少多少。
sq(D2) / sq(D1) = sq(150,000,000) / sq(150,000,007) = 0.999999906667
也就是说,把地球推远7公里以后,太阳光辐射强度是以前的 99.9999906667%
也就是说,把地球推远7公里以后,太阳光辐射强度减少了 0.0000093333%
太阳光辐射强度减少了这个量,能使温度减少多少,我就不知道了,如果有高人知道,可以接着往下算。
朱头山 回复 悄悄话 回复 '新林院' 的评论 : 如果整个轨道平面想远处平推7公里,辐射量的减少还是相当可观的。2万吨TNT级原子弹爆炸,光辐射致命距离是7000米,由此可见,光辐射的衰减还是很厉害的。
新林院 回复 悄悄话 地球离太阳最近的距离是 147.1 million 公里。
地球离太阳最远的距离是 152.1 million 公里。
地球离太阳最近的距离比地球离太阳最远的距离少 5.0 million 公里。
假设地球离太阳最近的点是A。假设地球离太阳最远的点是B。
那么 A 和 B 之间的距离是 299.2 million 公里。
朱头山 回复 悄悄话 回复 '古三通' 的评论 : 还有,远日点和近日点距离500万公里,不等于远日点离太阳的距离比近日点多500万公里,这里谈的是地球和太阳的距离,不是不同点相互的距离。
朱头山 回复 悄悄话 回复 '古三通' 的评论 : 万分之一需远7万公里,距离和辐射是平方关系,则百万分之一只需要远7公里,和他的计算接近。寒冬和酷暑的差别还是很大的,而这里讲的平均距离,每一点上辐射降一点,总辐射量的减少还是惊人的。还有,冬夏的主要原因并非远日点近日点吧,北半球的冬天时,同时赤道一直是炎夏,南半球也是夏天,这是由地球的倾斜角和自转导致的, 和公转速度无关。
古三通 回复 悄悄话 楼主愚公移山之类的东西看多了。
地球太阳距离1亿5千万公里,要减少太阳辐射强度万分之一,需要将地球太阳距离增加7万5千公里。
事实上,地球近日点和远日点相差500万公里,而地球处在近日点时正好是北半球的冬天,而在远日点时是北半球的夏天。所以500万公里的距离并不会造成太大的太阳辐射强度的差别,何况你的几公里的距离。
不过楼主提出了一个很好的解决全球暖化的思路,那就是减少太阳辐射。比如我们可以尽量将太阳辐射反射回去,将所有的房顶涂成白色就是一种很好的办法。
竹风_如火 回复 悄悄话 总之是要尊重自然,人类很渺小,渺小到没有可能和自然抗争。
朱头山 回复 悄悄话 回复 'qiao6' 的评论 : 94.386 million mi between earth and sun
PeonyInJuly 回复 悄悄话 回复 '新林院' 的评论 : 感谢感谢您的解释! 真高兴遇到专家啦。 环保是我最近关注的话题。 您的comments are very insightful and helpful. Please feel free to share more on the topic if you like. 洗耳恭听。
qiao6 回复 悄悄话 地球距太阳150万公里。
地球接收到的光辐射与到太阳距离的平方成反比 (即1/150000,0^2). 几公里之差的影响应该忽略不计啊?
新林院 回复 悄悄话 PeonyInJuly 写道【那岂不是我们消费者也没有必要去recycle, reuse and reduce啦?】
这三个 R 的有用程度可以按照您所说的顺序反过来。
Reduce 最有用。像 Imelda Marcos 的 3000 双鞋,如果能减少到 30 双,就能少砍森林来养牛、制革,少烧石油制鞋、运鞋。
Reuse ,再次用旧的,减少买新的,基本可以归类到 Reduce,算是一回事。
Recycle 有用程度非常小,甚至还有坏处。铝罐最容易 recycle。但人类造出最多的废物,塑料,很难 recycle。电子废品从美国用远洋轮船运到中国去 recycle, 电路板上有很多有毒物质,做这个行业回收一点金子出来,但付出极大的环境代价,那些地方的土壤都被毒化,永世不能种庄稼了。瑞典是一个全民环保意识很强的国家。瑞典人 recycle 热情非常高,像体育竞赛一样,但 recycle 也让人买东西时减少 guilty 感,觉得“反正能 recycle,多买点也没事”,反而鼓励买更多的东西。
红米2015 回复 悄悄话 在第一拉格朗日点附近建造一个巨大的遮光板阵,挡掉一部分照到地球的阳光,是否可行?
阿留 回复 悄悄话 这些方法具有巨大的不确定性,远没有尽量减排顺其自然为好。现在的媒体也有很大误导,事实是,看看专家的评价:https://youtu.be/-3Wg3yaQVA4?t=6524
PeonyInJuly 回复 悄悄话 赞好文!
从你的文中学到新知识, 新信息。
sustainability话题最近很热。 如果您文中所言(绿色能源不可行)proved to be true, 那岂不是我们消费者也没有必要去recycle, reuse and reduce啦? 还有许多绿色出行,绿色品牌,等等, 都要重新定位?
新林院 回复 悄悄话 其实有一个比陨石简单得多、风险也小得多的解决“无解的气候问题“的终结方案。
这就是:实现地球人口“零增长”或人口减少,达到温室气体被人类排放和被森林吸收平衡的程度。
任何人口的增长都会导致温室气体排放的增长。这是简单的算术。
就看决策者有没有勇气在“即使人类灭亡也要坚持政治正确、不许谈限制人口”和“限制人口以停止气候变暖”这两个选项里做出“政治不正确、但能使人类生存下去”的选择。
若干年前,环境保护主义者(如 Sierra Club)呼吁关注人口爆炸对环境和气候的影响。后来,因为惧怕被指责“政治不正确”而终结政治生涯或学术生涯,现在没人敢说了。
Firefox01 回复 悄悄话 给自己的思想,插上想象的翅膀,然后,加以论证,这就是科学家的工作。科学能够解决世界的所有问题吗?答案可能因人而异,总体来看,是不能。
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