大規模利用太陽能是否比實現可控核聚變更靠譜?
可控核聚變的試驗已進行好些年了,「五十年在五十年」,並沒帶來多大希望。而同期,太陽能的利用則飛速發展。
核聚變燃料氘、氚來自海水,理論上,按現在的消耗量百倍夠人類用9億年,說「無限」也不算過份。提取氘的成本相對於其釋放的能量,也不值一提。然而,理想很豐滿,現實很骨感。迄今為止人類在可控核聚變上的投入已不下幾百億美元,但收效甚微。核聚變的實現方式有:高壓、高溫。人類難以可控地實現太陽中心那樣的高壓,宇宙中也不存在可以耐受上億度高溫的材料,所以只能有利用磁場等變通方式,這使得熱傳遞、中子遮擋都很難控制,是用新的問題替代舊問題,並且也並沒有更容易解決。現在是時候下結論了:有能量產出的可控核聚變是難以實現的。反觀太陽能利用,其實也是一種直接利用核聚變的方式,只不過燃料是太陽上的氫(比地球多得多,還能用40億年以上!同樣可以看作「無限」),並且某種意義上來說,是完全可控的,是結合需求端的要求而調整。三十年前的太陽能電站至今還在按當年70%的功率出力,新的太陽能電站仍在不斷地投產,單位成本在不斷降低,整個行業增速在不斷加快,低成本薄膜發電很快會有,給建築物刷幾層塗料就能發電的技術也會出現。相信過不了多久,可控核聚變的研究就沒有什麼價值了,也許只需保留武器方面的研究吧。
中國有的是沙漠、荒漠、高山、湖泊……這些人跡罕至的地方閑置著也是浪費,如果利用起來搞光伏或者太陽能制氫,可以一舉多得。其實,太陽就是一個成熟、穩定的核聚變反應堆。當人類技術足夠先進,並且對能源有大量的需求,還可以在太空中布置大規模太陽能板,甚至把太陽包裹起來(戴森球)。當然,比較直接地利用太陽能這種核聚變能源,不光是發電這種方式,還可以是太陽能制氫,太陽能熱水器、晾曬、光合作用……大自然都已經給我們準備好了,還需再撓破頭皮去另闢蹊蹺?想像一下:如果將來太陽能制氫技術成熟,氫氣完全可以替代已有的管道天然氣,進入家家戶戶、各個企業,由於完全不用考慮污染問題,熱機發動機汽車繼續流行,甚至氫氣也可以用來發電……電的需求也許不升反降。還有必要大投入搞核聚變?即使可控核聚變能夠實現,提取氚、建發電廠、維護、管理、輸電、折舊……都是成本,這註定核聚變發電並非想像中的便宜。核燃料成本或許可以看作是零,但除此之外的成本無法忽略,甚至不會比其他發電方式更低,很可能核聚變核電站是虧損的,難以維持。可以預料,就算可控核聚變能夠實現,人類的發展依然是波瀾不驚地發展,不會有太大的改變。當然,核聚變作為一門高尖端技術,是值得持續投入研究的,就如我們義無反顧地投入飄渺的宇宙探索一樣,它是人類精神追求層面上的東西,而它也確實能夠培育人才,積累可軍可民的先進技術,而且,萬一它實現了呢?你認為哪種利用核聚變的方式更靠譜呢?=========
2017.8.7補充很明顯,本人偏向於可控核聚變核聚變挺不靠譜,但是,太陽能發電也是困難重重,目前來看也是難當大任,所以也是比較「不靠譜」,兩件不靠譜的事情放在一起才有比較,才有本提問。我看回答中有的人舉了煤電、核裂變技術(成熟的技術,相對靠譜),這是離題的。有的列舉了太陽能發電的困難和瓶頸,就顯得很貼題。不管怎樣,謝謝大家各抒己見!
先說說建設成本,由於聚變堆還沒商業化,我先拿裂變堆做個比較好了:
龍羊峽光伏電站,世界上最大的光伏電站之一,總功率850MW,設計壽命25年,佔地約23平方千米,摺合約27.1㎡/kW;建設成本60億RMB,摺合約280 RMB/kW/year
田灣核電站,總功率2120MW,設計壽命40年,佔地約0.8平方千米,摺合約0.38㎡/kW;建設成本32.3億美元,摺合約250RMB/kW/year
也就是說,龍羊峽光伏電站不僅比田灣核電站的單位造價高了12%,單位佔地面積還足足高了7000%。
另外,龍羊峽光電站建在青海,周圍人跡罕至,需要花大量資金建設高壓電網將電能傳輸至人口密集的城市,而田灣核電站建在人口密集的江蘇連雲港,輸電成本非常低。
怎麼算都是建個核電站划算啊。
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其次,雖然聚變堆、維護、管理、折舊成本的確不可忽略。但是,聚變堆有的這些成本光電站也有。
而反過來,聚變堆功率密度高,輸電成本低、環境污染低的優點卻是光電站所沒有的(光伏電池生產和回收也是有污染的,聚變堆卻基本上不產生核廢料)。
總不能上海缺電,還要架起高壓線從青海把電送過來吧。
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最後對題主判斷聚變堆難以實現的論據做個反駁:
核聚變的實現方式有:高壓、高溫。人類難以可控地實現太陽中心那樣的高壓,宇宙中也不存在可以耐受上億度高溫的材料。只有萬有引力可以做到,但需要太陽那種體量的星球才有可能達到那種萬有引力。
現在是時候下結論了:有能量產出的可控核聚變是難以實現的。
首先,不止有引力場能約束聚變等離子體,磁場和慣性也能約束等離子體。可控核聚變走的是後兩條路。
其次,聚變堆材料不需要承受上億度的高溫。實際上聚變堆芯區的第一壁材料服役溫度大約在1000K左右。真正制約聚變堆實現的材料因素是高能粒子輻照損傷和氚滯留效應。
你對太陽能理解還不錯,不過忽視了很多工程事實,關於核聚變的說法不靠譜~太陽能發電有大規模利用的前景,我們國家光資源也非常豐富,比如西藏地區日照時間長,大氣顆粒物少是很理想的地區,但利用太陽能要解決兩個主要問題:儲能和輸送。這是我們國家國情決定的。我們國家的主要用電地在東南沿海,比如江浙和廣東,問題在於這個地區光質很差,我的一位導師以前在廣州做過個人家庭屋頂太陽能發電項目,按他的說法騙了國家一把錢就不幹了,原因很簡單,一年有效滿發電時間上1000小時都困難,聊勝於無罷了,反倒是成本比較高。我國光質好的地方主要集中於西北,青藏這些地區。也有建大規模光伏電站。但要想輸送到用戶必須要特高壓輸電線路。這樣翻山越嶺送電到東南沿海遠遠不如在海邊建個火電廠燒印尼煤來的便宜。所以光伏發電現在還要靠國家補貼發展。這樣的困境也發生在風能身上,比如新疆金風……作為一個風機廠,他們金融搞的不錯。答主你看這是一個典型的工程技術問題,技術上能解決,但成本太高。還有技術上解決存在問題的。太陽能的規律性太強,白天發電晚上停,要是大規模直接上電網能把電網坑死。所以一定要儲能。電池就先不要考慮了,那種儲電能力根發電規模相比就像用挖耳勺舀干西湖那樣。實際點的在於抽水蓄能。但抽蓄電站對地理環境要求比較高,一般能建風電場,太陽能電站的附近區域很難有適合建抽蓄電站的地形,因為抽蓄電站至少要有落差,要在山地建造。但山地就意味著太陽能電站無法滿發。這兩個問題是太陽能的瓶頸,不解決這個太陽能發電就擺脫不了垃圾電的地位。至於題主說的空間電站……還是等到航天產業能經濟的把衛星發上天再說吧。一顆商用衛星,中國報價最便宜要8000萬美元左右……至於聚變題主沒抓到點上,溫度和壓力從來都是問題也從來都不是問題。因為即便發展這麼多年的火電,使用的耐溫材料在工程應用上能達到耐700℃以上的也不多,而火焰溫度一般在1200℃左右,也就是說我們一直沒有過能承受幾千度高溫的可工程應用的材料。而我們利用的溫度卻非常高~那怎麼辦呢?不接觸不就完了。這是火電用的四角切圓燃燒法
「現在是時候下結論了。。。。。」
很久沒答題了,看到這句話就真的不得不說兩句,可控核聚變現在還只是一個襁褓中的嬰兒,就是時候下結論了。對於新生的技術手段,特別是這種可能會帶來社會變革的技術,是否可以多一些耐性?同時,要知道我們在發展可控核聚變的同時會帶動一系列技術水平的提升,比如低溫技術,超導技術,耐高溫材料技術,磁體技術,大功率電源技術。我是做機器視覺的,在可控核聚變裝置上應用機器視覺技術,其要求,特別是精度和時間尺度是嚴苛的。比如民用領域,可能毫秒量級就可以算非常實時了,可是我們在聚變裝置上的應用則要做到微秒量級。這些技術手段的發展可以反過來推動其他領域的革新。
再說太陽能,太陽能是一種很好的能源形式,我室友就是做太陽能材料的,太陽能的能量密度實際上是偏低的。正因為如此核能,包括裂變能和聚變能才有發展的必要性。「中國有的是沙漠,。。。」這句話我也不贊同,比如沙漠,鋪設太陽能電池板之後怎麼維護,電能怎麼傳輸?電池板廢棄後污染怎麼治理?這都是問題。題主考慮問題不夠深入也不夠全面。
」可以預料,就算可控核聚變能夠實現,人類的發展依然是波瀾不驚地發展,不會有太大的改變。「可控核聚變萬一實現了,能源問題基本就解決了,這還叫波瀾不驚,簡直不想再寫下去了。好吧不寫了。
從燃料電池到托卡馬克核聚變,到這些年做光伏,其實相對來講核聚變是最不靠譜的,風電都比他靠譜,下車時間太早,但是這個行業確實是在用一個謊圓之前一個謊。補充一下,什麼叫中國建堆刻不容緩,就是滿足一幫人當院士的一己私慾,浪費民眾的錢,試試,如果由別的單位牽頭,那幾個人會那麼跳腳。一個又一個五十年,在材料基礎學科沒有突破的情況下,這種舉動無任何意義。
因為太陽能肯定不行。
我之前寫的:如今人類一年的能源消耗的功是11 TW. 核能核電部分功是0.4 TW。就看現在這顯卡大數據比特幣人工智慧圖像識別自動駕駛等等的消耗,可以預計現在11 TW,人類也許10年後就用到了20TW, 100TW。太陽照在地球上的功是10^5 TW. 但是用太陽能發電,總不能把地球都遮住吧,那豈不是核冬天的效果。 農作物還種不種。海里的浮游生物還活不活。企鵝沒有魚吃了啊。
假設我們用0.1%的陽光。 那就是100TW。轉化個30%,也就是30 TW.
這就是人類利用太陽能的終極上限了。無論你發展100年還是1000年,太陽就只能給您這些了。(別說在外太空假設太陽能帆板然後發電拿根線傳回地球,難度太大了)
這個上限,還不如好好繼續發展核電。https://zhuanlan.zhihu.com/p/27095246?utm_source=com.google.android.apps.docsutm_medium=social【現在是時候下結論了:有能量產出的可控核聚變是難以實現的。】
你都覺得現在是時候下結論了,那你還問個鬼。
學生狗講講自己的看法吧。首先,這二者雖然都可以劃分到新能源,但可比性不強。就目前,一個是可以實際發電的,另一個是沒法實際發電的,那麼從現在看,你的問題答案是顯然的。但是從長遠角度看,聚變是一勞永逸的能源永續的解決方案,而太陽能相比則有很多問題,如晝夜特點,以及能量密度低的特點。可以這樣說,超大功率的電站的需求不會消失,形式上聚變是目前所見的最佳選擇。聚變現在確實是瓶頸期,我們也只能期望材料等領域的發展促進突破吧,這個沒什麼好談的。我們來談談太陽能。其實太陽能有很大的問題,你看似好像各方吹的天花亂墜,其實很大程度上是由於資本的推動。太陽能沒什麼敏感的安全性問題,又迎合新能源符合大眾認知水平,所以資本很喜歡吹這個,希望得到國家扶持,補貼,借著機會掙國家的錢。這就是太陽能的一個很大的問題成本不夠低,需要國家持續補貼才能達到火電上網電價。另外,技術也在不斷進步,你現在隨隨便便各種屋頂都鋪滿了,幾年之後技術突破,成本大幅下降,十分尷尬,你得幾十年才能回本,那你重鋪嗎?而且分布太廣,維修成本太高,你看看漫天遍地的共享單車就知道了。另外對電網也提出了更高的要求,不管怎麼說對於現有的電網穩定也是不利的。污染什麼的也存在問題。說這麼多,這個太陽能,說實話不如多發展發展裂變,沒錯是裂變。在今天,裂變和太陽能也許更有可比性。中國核電比重那麼低,畏首畏尾說實話不利於發展。但話說回來核電行業自身也沒優秀到哪裡去。總之就是很尷尬。反而是火電,貌似十分牛逼,功率高污染控制的也比較好,但解決環境問題需要的其實是淘汰老舊設備,實操起來又難度重重。
太陽能永遠都只能是一種輔助能源!
首先,太陽能並不穩定,趕個陰天下雨的沒太陽呀,廣義上說電是不能儲存的,所謂的儲能電站真正儲那點,啥也不頂,還沒有經濟性!
其次,製造太陽能板的稀土資源是有限的!
更重要的是太陽能板佔地面積太大,而太陽對地球單位面積上很輔射能量也有限,把整個地球都鋪上光伏板所收集的能量夠不夠用且不說,農業怎麼辦?你丫吃什麼?!
而且還有我們夢想的星辰大海呢!人類真想大面積的實現星際活動,靠常規能源是不可實現的,難道人類真甘心永遠困死在地球?!悲觀的說。實際上,不單單我們要拿可控聚變發電。哪怕最後我們失敗了。我們依舊能通過這個系統工程拿到很多技術的提升。比如說對中子輻射機理的研究和更多更好的抗輻射材料。以及等離子體各種特性。整個系統工程積累下的財富也是寶貴的。和航天工程類似。但是在核彈爆炸前。依舊有很多科學家認為人類無法利用核能。我並不認為我們現在完全攻克了聚變堆的各種技術難題。但是因此否認技術這是不對的。
題主你是想蓋個戴森球嗎?早點洗洗睡吧,興許醒了聚變都能可控了
因為以後有朝一日希望能夠開高達,所以還是站可控核聚變吧
謝謝邀請!這個問題很有意思,樓主的想的確實比較多,當然在現有的技術成本階段看,發展太陽能是比研究核能要靠譜的多的多。但是我們從歷史來看一看,舉個例子!在內燃機應用之前人們出行的方式主要是靠馬車為主,那會內燃機車成本高,跑到和馬車速度差不多,人們都看不好。要是我們生活在當時的話。認為這玩意不如馬車好,投資研究這個還不如投資養馬呢?馬只要吃草就行了,也花不了多少錢技術也比較成熟,而且沒有尾氣污染啥的,能拉車還能殺了吃了多好呀!我們只要大批量養馬就行了。可是呢?現在!看一看內燃機的發展和應用多廣而馬車只能用於觀光旅遊了。科技在不斷的發展和創新,現階段看太陽能比核能強不少,但是如果我們停滯不前不去開發研究新技術而是之前在現有成熟的技術上優化吃老本的話,人類還怎麼發展和進步呢?內燃機車取代馬車不就是個很好的佐證嗎?再舉個例子,我們暢想一下!如果未來科技進步人們能進行長途星際旅行的話,那麼可控的核能勢必會成為當仁不讓的能源首選(個人猜測,也許還有更好的能源)。如果我們廣泛應用太陽能而忽視其他新能源研發的話,我們人類可能世世代代只會在地球上生活。在我看來一個行業的發展到廣泛應用需要四個條件,即技術、政策、成本、市場,這四個方面缺一不可,這四個條件是相輔相成又相互制約,一個行業的發展與消亡離不開這四方面。核能雖說現在技術突破不了,但以後誰也說不準會發展到什麼摸樣。技術突破了成本下降了,這個就有可能應用到市場了。至於之後的未來生活和科技誰也無法預測誰也想想不到,我想再聰明的古代人也想像不到我們現在的生活吧,就像我們也無關想像當我們成為古代人的時候那時社會會發展成什麼樣子。
科技和社會都在日新月異的快速進步與高速發展,而我們只能不斷的學習才能進步,不被社會淘汰!謝謝!說的有點多了,還有點偏了!
太陽能可利用潛力巨大,但需要開發低成本技術和制定更有效的政策以將潛力變為現實,大規模擴大太陽能利用所面臨的三大挑戰:開發新的太陽能技術、電力系統大規模集成太陽能發電以及設計有效政策支持太陽能部署,並為決策者如何更有效地支持太陽能技術研發、示範和部署提出了建議。
採取著眼長遠的技術開發方式
目前在光伏系統中系統平衡部件(bos)成本已佔大部分,因此聯邦政府研發資助需要關注於能夠同時降低光伏組件和系統平衡部件成本的新技術基礎研究,而不是降低晶硅太陽電池成本的短期研究。政府需要投入更多資源來支持基於儲量豐富材料的高效、環境友好薄膜光伏技術的開發。 美國政府對於太陽能熱發電(csp)的研發支持應關注新材料和新系統設計,如能在更高工作溫度下運行、改進接收太陽能方式等。能源部需要設立一個計劃支持在中試設施上進行新材料和新系統試驗,以加速研發進程。電力系統大規模集成太陽能發電
鑒於光伏系統功率輸出的波動性特徵,研發低成本、可擴容的儲能技術是經濟有效地大規模集成光伏發電戰略的關鍵要素,並且公平起見,需要制定合理的定價體系,將分散式網路成本進行合理分攤。 在國家或地區層面建立光伏系統選址許可、互聯和檢驗通用的條例和流程,能夠降低系統成本,而推廣應用目前在美國流行的第三方所有權模式,能夠使住宅用太陽能系統更為普及。制定有效政策支持太陽能部署
大幅削減政府對太陽能技術部署的支持是不明智的,但目前補貼政策較為低效。支持太陽能部署的政策應主要獎勵實際發電,而不是投資;對住宅系統的補貼不應該超過公用事業規模系統;並且應該使用直接現金折扣,而不是用稅收減免,這樣更為透明和高效。 改革各州和地方政府實施的部分指令和補貼政策,將對推動太陽能應用將產生明顯效果,特別是需要採用全國統一的可再生能源配額制(rps)政策來代替目前各州單獨的政策。如果不可行的話,也應該除去對特定州或地區符合資格的太陽能發電系統選址的限制。萬物基於太陽,萬物基於核聚變能量,能量=物質,你就是核聚變的產物
@小侯飛氘 ,本來想在你的回答下面說兩句,結果說的越來越多就單起一個回答,原回答鏈接:
大規模利用太陽能是否比實現可控核聚變更靠譜? - 小侯飛氘的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/263473109/answer/272086492首先是算投資概算的這個單位,RMB/KW/year是啥子單位,我咋從來沒聽說過?核電這塊我不太清楚,反正新能源這塊體現投資和經濟效益的基本單位一般都是用單位電度投資:「元/kw.h」,也就是我發一度電需要多少錢的投資。850Mw只是裝機容量,並不能代表他一年能發多少電,更不能以此來算經濟效益。具體發電量主要取決於當地太陽能資源(功率密度)。
光伏和風電建立在西北地區是有原因的,因為用地成本低的多(占的地多並不能說比核電站用地成本高,戈壁灘上計較佔地多少沒多大意義),風能太陽能比東南沿海地區好得多(這也是最主要的原因)。
(聚變電站是不是因為需要大量用水而建在沿海地區?我不太清楚)
而且討論輸電距離的問題也不太對。中國的特高壓超長距離輸電系統和設施已然非常成熟,特高壓輸電線路分布全國,光伏或者風電電廠都是通過自建升壓站然後直接併網已有的高壓輸電線路,接入成本並沒有多高(頂多新建幾十公里的輸電線路),現在的新能源電站都是承包制的,沒有哪家單位有能力在建一個電廠之後還有資金實力能負擔的起上萬千米的高壓輸電線,都是用的已有的輸電線路。
上海缺電,那真的有用的是青海甘肅內蒙古發過來的電,想想三峽,不就是因為東南沿海地區常年缺電,供不應求才建了這麼一個超大型水電廠嘛,從三峽發到上海深圳難道很近嘛?
當然不可否認的是輸電的確是現在新能源發電的一大問題所在,現在國家大力推行分散式太陽能發電就是為了解決輸電距離的問題,(分散式光伏說難聽點就是每家每戶房頂上安幾塊光伏板)不過,比起現在材料和技術方面的落後來說這真的不算事,
儲能技術的不足導致了新能源電廠沒法應對用電高峰期(用電高峰期一般都在晚上,而新能源發電靠天吃飯,風電不穩定,光伏晚上根本屁都發不出來)電能沒法大量儲存,這就很皮,我不用的時候你乎乎得發,發出來儲存不住浪費掉了,然後我用的時候你又屁都沒有,到時候燈都打不開,這就是為什麼目前風電光伏沒法大面積代替火力發電的一個原因。
理論技術和製造技術的落後也是制約新能源發展的一大原因,就是風電光伏度電成本太高。對風能和太陽能而言,由於技術的制約,當下的光伏板和風機對這些能源的利用率都過低了,低的令人髮指,一台幾百萬的風機一年也就滿發兩千多小時(發電量大約5000MWh/year)。
簡單來說,要是沒有國家的補貼,目前國內風電和光伏的項目理論上沒有任何盈利的可能,以目前的技術背景,燒煤火力發電仍然是最便宜最高效最實用的沒有之一。(這已經是風電光伏大躍進式發展了這幾年後目前的形勢了,前幾年技術方面還差的更遠)
前些年風電一颱風機額定功率700-800kw,這兩年一颱風機額定功率2000-2500kw,海上風電一颱風機甚至能達到5000kw。
前幾年風機一般是60-70米高度,現如今普遍高度是90-100m,在明後年120米高度的風機即將成為主流,最近國內已有140m高度的風機運行。
這些發展前後不超十年,發展速度可以說是快的一筆吊糟
所以說以現在的眼光來看,比較核聚變發電和太陽能發電沒有什麼意義,超快的發展速度導致十年之後的光伏風電到底怎麼樣誰也說不清。
如果太陽能更靠譜的話,可控核聚變根本就申請不到研究經費……
廣義上來說,太陽能是人類能利用的最主要的能源,我們的衣食住行都間接來自於太陽能,這些都是我們對太陽能的最可靠的利用。再往小一點說,利用植物或其他生物生產可直接利用的能源(生物柴油,秸稈發電)等,也是很可靠的利用。
難道不應該是戴森球嗎
你的結論有點偏激。
這一件事情我看還是得分近期和遠期考量。一種能源的利用,我們要考量的是:經濟層面、地域限制、可持續性、社會效應。其中經濟層面與個體能感受到的現實最接近;社會效應雖不很「實際」,但是卻異常重要。
首先,近期,有商業價值可控核聚變十分可能在五十年內實現不了。而太陽能的利用十分必要。箇中原因很簡單,水電風電受地域控制,火電高污染而且原料在幾百年內枯竭,生物發電目前難以增大規模而且效率低。所以目前大力開發太陽能絕對正確。
其次,遠期,太陽能因其能量密度低而且穩定性不高難以成為主要能源。而如果沒有核聚變發電,呵呵,咱們怎麼走出太陽系?你覺得我們人類會是省油燈嗎?太陽系就限制住我們的腳步了嗎?開玩笑!所以從社會效應來看核聚變是必須要實現的。
然而,從技術角度考慮,太陽能利用似乎比核聚變研究簡單…所以我就脫坑了嘛…但必須指出核能比太陽能的單位面積能量密度高高高不知多少倍……
嗯,我不太想討論技術,不過我相信核聚變研究會成功的。
總之,太陽能應該只是一種過渡能源,從火電統治到核能統治,尤其是聚變能之間的過渡。不能,人類能源需求量早晚有一天要超越地球接受太陽輻射總量的,到時候怎麼辦?
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