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人类整个能源体系就是烧开水?

当前人类利用能源的性价比最高的方式是靠热能转换(做功)。

要解释这个问题,首先要明确一个概念,我们上学时都学过,宇宙当中的能量是守恒的,他只是在不同的状态里面转化而已。所以我们消耗能源的过程,其实是将一种不能直接利用的能量转变为可以使用能量,然后使用的过程。比方说常见的风能、水能、太阳能(晒太阳不算)都只是在特定的条件下使用,比如船舶运输和晒被子?你的电脑和IPAD、IPHONE放水里和风中是不会充满电的,主要问题在于人类社会大部分的都用电能,也就是第三次工业革命成果。

这里就涉及到一个概念:一次能源和二次能源。一次能源是指直接取自大自然未经加工的能源,比如煤、原油、天然气、太阳能、水力、风力,古时候人类常用的就是一次能源,参考荷兰风车和黄河大水车。二次能源指的是一次能源加工转换后得到的能源,比如蒸汽、汽油、电等等,现代社会多使用二次能源。(这里指的使用是指直接使用)

为什么会有这么一种说法呢?因为电已经逐步成为人类最重要的二次能源了,暂且不论工业生产中大型机械的使用,现在看看你家里大大小小的电器有多少个。发电虽然有很多方式,目前来看最主要的就是火力发电。按照能量转化的过程来分类,核电和火力发电差不太多都属一类,只不过将燃料从煤炭变成了核。常见热机包括:蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等,他们的共通特点都是利用气体受热膨胀做工,也就是我前面说过的那个热力过程。火力发电的热力做功环节就是将蒸汽的热能转化为动能,再利用蒸汽的动能转化为汽轮机旋转的机械能。

什么要使用汽轮机而不使用蒸汽机或者汽油柴油内燃机来发电呢?一是做不了这么大。二是效率没有汽轮机高。汽轮机一般的内效率能够达到90%,汽轮机是内效率最高的热机。三是使用寿命长(一般为30年)。其原理是高温高压蒸汽通过喷嘴,膨胀做功,将热能转化为动能,可以理解为吹动汽轮机动叶旋转,产生了机械能。汽轮机的机械能通过联动轴带动发电机旋转,产生电能。

所以汽轮机做功主要是靠蒸汽(过热蒸汽)。为什么要使用水蒸汽呢?一是因为水非常好获得,成本低。二是因为水蒸气的储热量大,从高温高压到低温低压能释放出大量的热量,热效率高啊。传统火力发电是用煤炭将水加热到过热蒸汽状态,核电就是用核反应产生的热量加热水到过热蒸汽状态。

核电站其实和火电的区别在于,怎么烧水,因为后面都是汽轮机驱动发电机。火电站锅炉烧,核电站反应堆产生蒸汽,所以,核电站也是烧水。

其实太阳能发电除了直接发电,还有更环保的,那就是,反射太阳光去加热高沸点的油,然后换热产生蒸汽,这样其实也是烧水。我们在沙特这种土豪国家,已经有了业绩,不过建设成本之高,非土豪勿询价,自重。

网上找了一张太阳能热电站,用无数反射板,去反射太阳光,到中心的塔上去加热换热用油,然后油去加热水,产生蒸汽,推动汽轮机发电,相比较这种,太阳能面板直接发电,简直是弱爆了,这才是高帅富的游戏。

下一个能源革命可能是核聚变,ITER,也就是国际热核聚变项目,正在看本文的所有人,我们有生之年都是看不到核聚变电站的商用的。即使商用,还是烧水。革命之处在于,聚变安全无污染性产出物,烧水的副产品也是水,纯绿色电力,而且产出率高。

综上,我们常用的二次能源电能——主要来自于化石燃料将水烧开,并加热到过热状态,通过热力过程做功,转化为机械能带动发电机得来的。而且,这种方式仍然是较为高效、经济、可靠、广大人民群众喜闻乐见的。烧水很俗,但是现实就是很残忍,你们的电脑,电灯,ipad,iphone,振动棒,用的电,都是烧水烧出来的。烧水看似很低端,烧水发电系统还真是地球上最复杂,高精尖的民用系统之一


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