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太阳能、核能、风能、水能可以匹敌石油吗?最

2018-12-12 13:32admin中国电力时空网

近日,特斯拉发布了续航能力达到800公里的电动卡车。一时之间,新能源威胁石油论再度四起。

石油被替代可能性大吗?今天就从能源储量角度来算笔账,看看各种能源和石油比究竟水平如何。

文 | 石油Link (更多深度内容,请关注公众号:石油Link)

每次提到电动车,就会有人质疑,电从哪里来?石油是当今全球的第一大能源,消费量、储量巨大。对任何一种能源而言,若没有巨大的储量,想要匹敌石油就无从谈起。

新能源能够产生足够的电能匹敌石油吗?本文将重点考察,目前能源行业内流行的太阳能、风能、核能等能源是否有足够大的储量,可以匹敌石油。

太阳能

太阳能、核能、风能、水能可以匹敌石油吗?最

太阳能是当今非化石能源领域的大热,甚至不少石油公司也搞起了光伏产业。那太阳能可以取代石油吗?

不妨做这样一个近似计算:

根据世界气象组织公布的数据,在地球大气顶界垂直于太阳光线的单位面积每秒钟接受的太阳辐射,即太阳常数,为1368瓦/平方米。

阳光穿过地球大气层,约有55%的能量会被衰减或反射。我们假设一年365天中,有70%的时间为晴天,目前典型的太阳能版能够将20%的太阳能转化为电能。

地球表面是圆形的,并且在不停自转,所以阳光不能垂直射于地球表面,这里采取一个近似计算:假设在地球表面某地区铺上太阳能发电板,每天接收到的太阳能,取受阳光垂直照射6小时近似计算。

那么这一地区每平米的区域,每年能够产生的电能相当于0.02吨石油所蕴含的热值。

根据《BP能源统计年鉴》数据,2016年世界原油的消费量是44亿吨。人类所消耗的石油中,约有84%用作能源用途(37亿吨)。这也就意味着,需要铺18.5万平方千米的太阳能板。而这一面积恰好和中国广东省的面积相当。

把一个相当于广东省面积大小的地方全部铺满太阳能板?这听起来似乎很夸张,但实际上也并不是不可能。

光伏产业的倡导者们正尝试在不同的地方铺设太阳能板,比如马路。2016年,在法国诺曼底小镇Tourouvre,就诞生了世界上第一条太阳能公路。

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中国的公路总长度目前已经达到450万公里,按照50米的公路均宽计算,中国公路的面积就已经达到了22万平方千米,已超过广东省的面积!

不过太阳能公路造价不菲,法国那条太阳能公路,长度仅有1公里、宽度仅2.8米,耗资却高达3600万元人民币。

按照这个价格算,要用太阳能板铺满广东省那么大面积的公路,需要2300万亿人民币,是中国年GDP的33倍。

所以太阳能的问题不在于储量不够多,而在于实在太贵了,难以推广。

核聚变能

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氢弹的威力是众所周知的,1千克氘核聚变释放出的能量相当于8400吨石油。地球上海水中蕴藏的氘高达45万亿吨,相当于378000000万亿吨石油,是目前全球探明可采石油储量的16亿倍。遗憾的是目前人类还不能有效控制核聚变。

对于核聚变能控制的研究,中国近年来也有所突破。在2017年的7月,中科院合肥物质科学研究院消息,国家大科学装置——世界上第一个全超导托卡马克(EAST)东方超环实现了稳定的稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。尽管创造了世界纪录,不过这一稳态运行的时间也仅有101.2秒。

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利用磁场对等离子进行约束的托卡马克装置

中国聚变工程试验堆(CFETR)已于2011年开始进行设计研究。目前CFETR装置已经完成设计研究并开始了工程化设计,不过目前尚未启动。

基于中国目前对核聚变的研究现状,有中科院的专家预测,核聚变有望在50年到60年之后实现商用化

60年之后商业化?作为一个石油工人,还好那时候我已经退休了。

总体而言,核聚变能想要取代石油,有很漫长的路要走。

地热能

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地球的内心是火热的,其拥有的地热资源,也有着不可忽视的潜力。地热资源类型分为水热型、干热岩型和地压型。其中干热岩型地热资源占主要,储量最大。

据国土资源部中国地质调查局2015年调查评价结果,中国陆域3000~10000米的干热岩资源量相当于600万亿吨石油。

根据国际标准,以其2%作为可采资源,全国陆域干热岩可采资源量达12万亿吨石油当量,而这一当量相当于目前全球已探明可采石油储量的50倍

不过目前全球对地热能开发的速度也仅处于初级阶段。中国计划在2050年地热发电装机容量达到1900万千瓦,每年发电量相当于1400万吨石油,同中国克拉玛依油田当前的油气年产量相当。

干热岩的开发利用需要大量钻井作业。倘若这一资源得到大规模利用,将为钻井行业提供大量就业机会。

可燃冰

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可燃冰在2017年着实火了一把。可燃冰储量远超煤炭和石油,那可燃冰应该可以取代石油了吧?

据悉,全球可燃冰的资源量为2100万亿方,相当于274万亿吨石油。这一资源量相当于目前全球探明剩余可采石油储量的7486倍

按照目前石油的消费速度,可燃冰哪怕只有2%的采出量,也可以够人类使用1000年以上。论资源量,可燃冰的确也有着替代石油的潜力。

在开采进展方面,中国已经走在了前面。中石油目前已经提出,计划在2030年实现可燃冰商业化开采,建成天然气年生产能力10亿立方米以上的资源勘查开发示范基地。

10亿方天然气,仅相当于80万吨石油,占中国石油年消费量的0.14%。客观来讲,可燃冰开采按照这种发展速度并不快。

风能

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风的力量是绝对不可以小瞧的!

据悉,全球的风能约为2740万亿瓦,若全部利用,每年可产生的能量相当于2万亿吨石油。

按照地球上风能0.73%的可利用率计算,每年可利用的风能相当于150亿吨石油,是目前世界石油年消费量的4倍。而风能的潜力还在于该能源可以年复一年不断生产。

风能目前是全球发展最快的可再生能源之一,但风能利用的规模仍旧非常小。在2016年,包括风能、太阳能在内的可再生能源,在世界一次能源消费中的占比仅有3.1%。

核裂变能

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核裂变能具有超高的能源密度,原子弹想一想都觉得厉害,感觉应该可以替代石油?但实际情况是这样的。

目前用于核能发电的燃料为金属元素铀。在自然界中,铀有三种同位素,(铀234、铀235和铀238),目前能够用于发电的主要是铀235裂变。

1千克铀235全部裂变放出的能量相当于1900吨石油。但铀235在天然铀中的含量仅为0.7%,非常非常低。

据国际原子能机构发布的《铀资源、生产和需求2016》称,全球可识别的、采矿成本低于260美元/kgU的铀资源量为1019万吨,其中可采资源量为764万吨。

U235可采资源量仅有5.348万吨,相当于1020亿吨石油。按照目前全球每年37亿吨的石油消费量计算,就算铀235得到100%的利用,也仅够替代石油27年。这意味着按照目前的核电技术,核裂变能不足以替代石油,其资源甚至可能比石油更早枯竭。

但国际原子能机构也预测,地球陆地非常规铀资源量可达到3000万吨(存在于磷矿、页岩中),海水中的铀资源量更是高达40亿吨。不过非常规铀资源利用成本太高,离商业化使用十分遥远。

地球上的铀元素,有99.275%都以铀238存在。如果有技术能够高效利用铀238,那核裂变能则有替代石油的潜力。

通过快中子反应堆,可实现铀238的裂变。尽管美国、俄罗斯、日本等国曾修建过快堆核电站,不过人类目前还没有全面掌握对铀238利用的技术。很多国家目前都不太看好铀238的商业化前景。

而中国对铀238利用技术的推进,则显得更加积极。在2017年9月,中国核电发布公告,拟在天津和河北沧州设立合资公司,分别运作四代核电技术(行波堆技术)研发和示范项目落地。而这新一代的核电站技术将提高铀238的利用程度。

水电

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水电目前是非化石能源发电的主力,那水电能够取代石油吗?

中国最大的水电站三峡电站,每年发电量接近900亿度,相当于770万吨石油当量。这一石油当量略高于中国青海油田的油气年产量,而这仅占中国年消费石油量的1.3%。

据悉,全世界江河理论水能资源量为48.2万亿度/年,相当于41.4亿吨石油,高于目前全球石油的年消费量。但考虑到环保因素,水能不可能100%利用。

在技术上,可开发的水能资源为19.3万亿度/年,年发电量相当于16.6亿吨石油,远低于目前全球每年用作能源消耗的石油消费量。所以水能是不能够替代石油的。

可以看出来,从能源储量而言,以上大部分能源都有匹敌石油的能力。不过需要注意的是,新能源的最大问题在于经济效益。从当前现状看,在经济效益上新能源要匹敌石油,要经历漫长过程,并非一朝一夕可以实现。

全球人口数量还在增长当中,经济总体上也在持续发展。人类目前还没有进入能源过剩的阶段,新能源远不足以满足人类的能源需求。所以石油时代还远未结束。