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在风力涡轮机和光伏电池全部利用可再生能源发电之前,现代文明仍将依赖于化石燃料

时间:2024-01-29


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风力涡轮机是可再生发电最明显的标志。然而,尽管风力涡轮机利用了风能这种最为清洁的免费能源,但其本身却是化石能源最纯粹的体现。

大货车将钢铁和其他原材料运到工作场地,运土设备争先恐后地开拓难以进入的高地,大型起重机吊起各种装置——所有这些机器都燃烧柴油。运输生产水泥、钢铁和塑料所需材料的货运列车和货船也是如此。要建造一个5兆瓦的涡轮机,仅就钢铁这一种材料而言,平均来说,其钢筋混凝土基础需要150吨,旋翼毂和短舱(内有变速箱和发电机)需要250吨,塔架需要500吨。

如果风力发电要在2030年之前满足全球25%的电力需求(据预测将达到30拍瓦小时),那么就算其平均功率系数高达35%,要达到总计2.5太瓦的风电装机容量也将需要约4.5亿吨钢铁。而要在电网中将这些钢铁材料连接起来,还需要塔架、电线以及新型高压输电线路所需的变压器,这部分所用的金属还没有计算在内。

大量能源被用于制造钢铁。将烧结的铁矿石或铁矿石球团在高炉里熔炼,加入由煤制成的焦炭,注入粉煤和天然气,得到的生铁在氧气顶吹转炉内脱碳成钢,随后钢水进入连续浇铸工艺流程(将钢水直接变为最终产品的大致形状)。制造出1吨用于建造涡轮机的钢铁通常要消耗350亿焦耳的能量。

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若要为2030年前运行的所有风力涡轮机制造钢铁,我们需要相当于6亿多吨煤的化石燃料。

一个5兆瓦的涡轮机有3个大约60米长的转子叶片,每个重约15吨。转子叶片内芯是轻质木材或泡沫材质,外层主要是玻璃纤维增强环氧树脂或聚酯树脂。玻璃由二氧化硅和其他化合物在熔炉内由天然气熔炼而成。树脂由轻烃的衍生物乙烯生成,最常见轻烃的是石脑油裂解的产物、液化石油气,或是天然气中的乙烷。

最终生成的纤维增强复合材料所消耗的能量约为170亿焦耳/吨。因此,要在2030年前达到2.5太瓦的风电装机容量,所需转子叶片的总重将达到2300万吨,相当于总计需要约9000万吨的原油。而当一切就绪后,整个结构还必须经由树脂(由乙烯合成)进行防水处理。还需要另一种石油产品,就是用于涡轮机变速箱的润滑油,必须在机器20年的寿命周期内定期更换润滑油。

毋庸置疑,一个选址和建造质量都十分良好的风力涡轮机用不了一年即可生成与所耗能源持平的电量。但是,这一切都是以间歇性的电力形式体现出来的,而与此同时,它的生产、安装和维护仍然严重依赖于特定的化石能源。此外,对于大部分化石能源——熔炼铁矿石的焦炭,用做水泥窑燃料的煤炭和石油焦炭,作为合成塑料和玻璃纤维原料与燃料的石脑油和天然气,船舶、卡车和建筑机械的柴油燃料,变速箱的润滑油——我们都找不到具备大型商业规模的现成非化石燃料来替代它们。

在未来很长一段时间里,也就是在风力涡轮机和光伏电池全部利用可再生能源发电之前,现代文明都仍将从根本上依赖于化石燃料。

作者:Vaclav Smil

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