尽早认清核聚变非出路,能源总量增加数千倍

中国科学家说中国距离核聚变发电还有6年左右的时间,而且国家已经开始建设全球最大的脉冲驱动器,预计在2028年左右可以发电。有其他报道说,中国核聚变电站并有望2035年商用发电,2050年大力普及,中国在核聚变领域已经是领头羊了。

核聚变再领先,也要看到其他的能源科技同等重要。

从总量上看,核聚变所需燃料氘氚、氦3等在地球月球储量,按当前能源消耗计算只够用1万年。以氘氘为燃料的够人类使用100亿年,但当前人类没有办法开发氘氘核聚变,更不用说商业化。也就是说人类能掌握的核聚变总量仍有限。比不上可以利用的太阳能。

当前人类所利用的能源绝大多数来自太阳能。即便如中国科学家预计,人类2035年后掌握了核聚变技术实现商业化。但可控核聚变的热值只够按当前能源消耗量用1万年,地表年蒸发水资源50.5万立方千米,折合约505万亿吨,其中10%会变成地表河流或冰川水资源。约50万亿吨。按吨水蒸发耗能约650~700度电能,地球水资源6年吸收的总能量也够人类使用1万年。跟氘氚(氦3)核聚变总量相当。如果这些吸收的能量0.01%(万分之一)转化为电能足够人类使用。

海洋的年蒸发量在1~3米。沙漠也能达到。如果往占地球表面积的三分之一约5000平方公里的荒漠沙漠调入足够多的水资源,按最少蒸发量1米计算。约50万亿吨水资源,吸收的太阳能也相当于人类年消耗的175倍。这些被水资源吸收的太阳能有0.5%转化为风电、水电。就足够200万亿度电能,相当一次人类能耗的总和。2021年全球总发电量才28.5万亿度。也就是说人类总耗电可以提升约10倍以上。这巨大能源对整个人类文明来说都是巨大进度。

也就是说人类心心念念的可控核聚变在太阳面前,真的渺小到可以忽略不计。中国科学家一路领先,会不会走到一条错误的方向,或者没走最好的道路上?核能总量跟太阳能相比不值一提,能够工程实现的核聚变能量则更少。撒哈拉沙漠1%的面积铺上太阳光伏面板,就能满足全球的电力能源需求。将中国的高速公路铺满光伏面板,产生的电力中国也用不完,但光伏成本高,没有了阳光则需要储能。水蒸发吸收太阳,再转化为电能的工程实现成本如何呢?能否降低储能需求规模?

如何地利用这水吸收太阳能的自然规律,满足人类能源需求。下面以福河工程为例,说明核聚变之外的选择有很多,能效超过核聚变。

福河工程是往准噶尔盆地内沙漠调水,沙漠面积约5万平方公里,沙漠年蒸发量在2~3米,一年可以蒸发1000亿吨水。截流额河100亿吨水,存10年就能达成这样的目标。而蒸发1000亿吨水需要约70万亿度电能,2021年中国发电量是8.4万亿度,十倍于全国全年发电,如果蒸发水的能量有1%转化为电能,也就是1000亿吨水有1200米落差可用来水力发电,能发4000亿度。可能增加约二十分之一的发电量。光伏发电技术努力了几代人,其发电量不到这个工程预期。而实现这个工程投资不超300亿,再加上数千亿水电站投资即可。即便只能增加一个三峡1000亿度都是非常了不起,水蒸气汇聚让风能更容易汇聚,工程实现也会更多。该工程完工后,风力发电潜力也会大增。其潜力应该超过全国8万亿度的。

仅仅是从太阳能STS的利用角度,这些水利设施的建设成本低,盆地内三面环山,山体海拔高度都是两三千米一半的落差可发电,水汽的逃逸量少。能否达到预期?如果可以,那么这是太阳能利用方式的比较好的方案。

往沙漠调水数万亿吨水。水循环对大气的影响远超过二氧化碳,沙漠荒漠面积占到陆地面积的三分之一,人类大规模开发荒漠沙漠会带来什么样的影响呢?

这数万亿吨水,在陆地上再次变为降雨,人类掌控的电能将会增加数倍,但不能控制降雨地点,雨水不是你指哪里他就下到哪里的。陆地上面积三分之二有大量水份蒸发,有很多雨水下到了海洋中。但是福河工程的水利工程投入产出比极高,哪怕只达到能源产出预期十分一,也就是只增加700亿度发电量,这个预期只要有足够多水资源都能达成。

有人说核聚变也是太空开发,星际旅行的最好选择,说这话的都是没头脑的。人类目前的技术水平只可以大规模开发月球、火星。月球太阳能1.3KW每平方米,火星也有0.5KW的功率。太阳就是天然的核聚变,你还在飞船上装一个核聚变装置?如何在月球火星应用太阳能才是正道。

以截流黄河为例,从三峡库区调水350亿吨,其中200亿吨到丹江口坝下汉江下游,另外的150亿吨通过丹江口水库到淮河流域,置换500亿吨汉江\淮河水到黄河,海河流域。丹江口水库以北180米上水库全部到黄河北岸。当黄河下游不再缺水,置换黄河上游500亿吨水,在乌海或黑山峡将黄河截流,分流,用于海拔800~1500米以上的平坦高原,如果能全部在内陆形成水循环,10年6000亿吨,足够开发整个大西北。为中国提供超过120万平方公里可利用面积。相当两个乌克兰。

这些工程最大的问题是,这600亿吨水会对气候产生如何的影响?

大气中二氧化碳总量3.2万亿吨。人类自工业革命以来排放1.3万亿吨。导致平均气温升高1.1摄氏度。做一个极端的假设。这600亿吨水全部存在中国西北,水的温室效应远超二氧化碳。存10年就有6000亿吨水资源,一年循环三次,吸收的太阳能将超过人类有史以来排放的二氧化碳。对气候的影响如何?

水资源在原本干旱亚洲内陆地区循环。以每平方米蒸发1000毫米极限估计。等量的1.8万亿吨水需要180万平方公里面积。那么西北,中国北方要升温多少度?

这个是极限假设。

从能源总量看1.8万亿水资源吸收的太阳能相当于7倍人类目前消耗能源总量,是中国年发电量的150倍。如果这些水资源吸收的能量转化成风电,水电。那么1%的转化效率就能让中国发电量增加一倍。

用水资源吸收三分之一陆地上的太阳光,为人类创造巨大能源,为人类创造更美好生存环境,可能就是人类掌控能源的极限,太阳能利用的天花板。这些是工程经济可行的极限。沙漠干旱地带水资源吸收的能源相当当前人类掌控的数千倍。

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