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人類的能源大多都是靠燒開水,這種說法正確嗎?

2014-06-05科學

我試圖用盡量短的篇幅回答問題。

我更願意認為題中問題的答案是,我們壽命內,可用的能源主要來源靠燒水。

首先,有一個大的趨勢,是電力占的消費比例越來越大,至於為什麽,細裏說有很多原因,比如環保,比如一次燃料的構成,等等。

然後我們再談獲得電力的方式,主要來自:燃氣輪機發電,蒸汽輪機發電,核電,風電,水電,太陽能。前三種方式占比例最大。

燃氣輪機效率相對蒸汽輪機低,排氣焓值很高,大部份時候都會和蒸汽輪機配合(燃氣輪機排氣一般有500度左右,是不能允許被浪費的),用排氣去燒水,推動蒸汽輪機,組成聯合迴圈電廠。這個系統裏面,蒸汽輪機的效率比燃氣輪機高。

但是燃機因為燃料構成的因素,可以達到較低排放,較為環保,這是蒸汽輪機所不及的。

附一張西門子燃機的照片,設計緊湊,長得比汽機科技,本人版權所有,請勿參照:



純火電,自然是燒水利用蒸汽輪機發電了。鍋爐燒水,推動蒸汽輪機,進而驅動發電機。

火電和聯合迴圈這部份,覆蓋了生物質發電,因為生物質如果是稭稈一類,自然是進鍋爐燒水了,沼氣一類可以燒鍋爐,或者過濾後進燃機,然後排氣可以燒水,進入蒸汽輪機完成聯合迴圈。

如果說燃機強在技術難度,火電總體系統之復雜,在地球上的工業系統中,為最復雜之一,一張圖為例(此圖軸向長約25m,請勿參照):


核電廠其實和火電的區別在於,怎麽燒水,因為後面都是汽輪機驅動發電機。

火電站鍋爐燒,核電廠反應爐產生蒸汽,所以,核電廠也是燒水。

其實太陽能發電除了直接發電,還有更環保的,那就是,反射太陽光去加熱高沸點的油,然後換熱產生蒸汽,這樣其實也是燒水。我們在沙烏地這種土豪國家,已經有了業績,不過建設成本之高,非土豪勿詢價,自重。

網上找了一張太陽能熱電站,用無數反射板,去反射太陽光,到中心的塔上去加熱換熱用油,然後油去加熱水,產生蒸汽,推動汽輪機發電,相比較這種,太陽能面板直接發電,簡直是弱爆了,這才是高帥富的遊戲:




有時候,我們會用太陽能去加熱汽輪機的凝結水,這其實也是某種燒水方式,在中國,我比較推薦這種方式,門檻低,效果好。

總之,一部份太陽能發電,也是在燒水…

其余的太陽能發電方式,風電,水電在電力構成中,占比例相對較少。

事實上,水電目前還是有15%左右比例(未確認數據,但是這個比例是越來越低的),水電的發展狀況和趨勢是,因為環保因素,水電會越來越邊緣化,事實上近年來水電聲音已經很小了 。

也許有朋友問,北歐有些國家主要靠水電呢,或者風電,這是為什麽呢?

因為他們工業少,人口也少,所以消耗的電力,完全不能跟工業社會的耗電量相提並論。舉個栗子,我一台機床一小時耗電,夠他們一個家庭用一年的。中國該有多少這樣的裝置?再舉個最簡單的栗子,中國單單閥門廠就有超過一萬家,每家都有很多機床,只是閥門這種小部件而已哦。

另外,再說說汽輪機的效率,汽輪機的內效率其實沒什麽意義,雖然它有90%,但是這不是迴圈的完整環節,在汽輪機排氣的下一個環節,如果是凝汽式,單凝汽器就要浪費30%的蒸汽能量,以把蒸汽再次變成水。此外還有機器的漏氣損失,散熱損失等等,能達到50%+的效率,已經是汽輪機裏的勞斯萊斯了。

最重要的指標,其實是熱耗,也就是發一度電,需要多少千焦的熱量。所以內行看門道,汽輪機大家都可以做,以30MW的蒸汽輪機為例,西門子SST-400可以做到低於9000KJ/KWH,它的意義是,每發一度電,比國內同類產品節能20%-25%。

很吃驚?效率比預想低?其實,是咱們期望太高,別的原動機譬如內燃機,比這個要更低。

所以總的來說,在相當長時間裏,不發生能源革命的情況下,可用能源來源主要還是靠燒水。

下一個能源革命可能是核融合,ITER,也就是國際熱核融合計畫,曾經跟我接洽讓我去法國參與這個計畫,我就順便了解了一下這個計畫的進度。

這麽說吧,按照目前的日程表,正在看本文的所有人,我們有生之年都是看不到核融合電站的商用的。即使商用,還是燒水。

革命之處在於,融合安全無汙染性產出物,燒水的副產品也是水,純綠色電力,而且產出率高。

燒水很俗,但是現實就是很殘忍,你們的電腦,電燈,ipad,iphone,振動棒,用的電,都是燒水燒出來的,高帥富在這裏和矮窮搓,在這裏再次重逢。

燒水看似很低端,燒水發電系統還真是地球上最復雜,高精尖的民用系統之一,大隱隱於市啊。。。

手機打字這麽多,各位看官,不點贊,對不起我這手指啊!!

有很多朋友問:為什麽燒水發電是最復雜精密的民用系統? 我在另外一個問題裏做了回答,如下,供參考:

火電總體系統的復雜度體現在哪裏?