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在風力渦輪機和光伏電池全部利用可再生能源發電之前,現代文明仍將依賴于化石燃料

時間:2024-01-29


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風力渦輪機是可再生發電最明顯的標志。然而,盡管風力渦輪機利用了風能這種最為清潔的免費能源,但其本身卻是化石能源最純粹的體現。

大貨車將鋼鐵和其他原材料運到工作場地,運土設備爭先恐后地開拓難以進入的高地,大型起重機吊起各種裝置——所有這些機器都燃燒柴油。運輸生產水泥、鋼鐵和塑料所需材料的貨運列車和貨船也是如此。要建造一個5兆瓦的渦輪機,僅就鋼鐵這一種材料而言,平均來說,其鋼筋混凝土基礎需要150噸,旋翼轂和短艙(內有變速箱和發電機)需要250噸,塔架需要500噸。

如果風力發電要在2030年之前滿足全球25%的電力需求(據預測將達到30拍瓦小時),那么就算其平均功率系數高達35%,要達到總計2.5太瓦的風電裝機容量也將需要約4.5億噸鋼鐵。而要在電網中將這些鋼鐵材料連接起來,還需要塔架、電線以及新型高壓輸電線路所需的變壓器,這部分所用的金屬還沒有計算在內。

大量能源被用于制造鋼鐵。將燒結的鐵礦石或鐵礦石球團在高爐里熔煉,加入由煤制成的焦炭,注入粉煤和天然氣,得到的生鐵在氧氣頂吹轉爐內脫碳成鋼,隨后鋼水進入連續澆鑄工藝流程(將鋼水直接變為最終產品的大致形狀)。制造出1噸用于建造渦輪機的鋼鐵通常要消耗350億焦耳的能量。

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若要為2030年前運行的所有風力渦輪機制造鋼鐵,我們需要相當于6億多噸煤的化石燃料。

一個5兆瓦的渦輪機有3個大約60米長的轉子葉片,每個重約15噸。轉子葉片內芯是輕質木材或泡沫材質,外層主要是玻璃纖維增強環氧樹脂或聚酯樹脂。玻璃由二氧化硅和其他化合物在熔爐內由天然氣熔煉而成。樹脂由輕烴的衍生物乙烯生成,最常見輕烴的是石腦油裂解的產物、液化石油氣,或是天然氣中的乙烷。

最終生成的纖維增強復合材料所消耗的能量約為170億焦耳/噸。因此,要在2030年前達到2.5太瓦的風電裝機容量,所需轉子葉片的總重將達到2300萬噸,相當于總計需要約9000萬噸的原油。而當一切就緒后,整個結構還必須經由樹脂(由乙烯合成)進行防水處理。還需要另一種石油產品,就是用于渦輪機變速箱的潤滑油,必須在機器20年的壽命周期內定期更換潤滑油。

毋庸置疑,一個選址和建造質量都十分良好的風力渦輪機用不了一年即可生成與所耗能源持平的電量。但是,這一切都是以間歇性的電力形式體現出來的,而與此同時,它的生產、安裝和維護仍然嚴重依賴于特定的化石能源。此外,對于大部分化石能源——熔煉鐵礦石的焦炭,用做水泥窯燃料的煤炭和石油焦炭,作為合成塑料和玻璃纖維原料與燃料的石腦油和天然氣,船舶、卡車和建筑機械的柴油燃料,變速箱的潤滑油——我們都找不到具備大型商業規模的現成非化石燃料來替代它們。

在未來很長一段時間里,也就是在風力渦輪機和光伏電池全部利用可再生能源發電之前,現代文明都仍將從根本上依賴于化石燃料。

作者:Vaclav Smil

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