(fotoreportaż powinien przeczytać SVEN HOPPE / AFP / Getty Images)
czy świat może przełączyć się na wytwarzanie energii jądrowej? Jeśli tak, to czy byłoby to dobre przeciwdziałanie globalnemu ociepleniu? pierwotnie pojawił się na Quora: the knowledge sharing network, gdzie istotne pytania są odpowiedział przez ludzi z unikalnych spostrzeżeń.
odpowiedź Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, profesor, ekspert w dziedzinie materiałów jądrowych i jądrowego cyklu paliwowego, na Quora:
I have learned courses in Nuclear Engineering and a few seminar courses in alternative energy. Pracowałem też przez dwa lata, zakładając sześć fabryk energii słonecznej na całym świecie. Pomimo mojego osobistego upodobania do inżynierii jądrowej, muszę przyznać, że trudno się o to spierać. Oto uproszczona matematyka.
całkowite zużycie energii na świecie (węgiel + ropa+hydroelektryczna+jądrowa + odnawialna) w 2015 r.wyniosło 13 000 milionów ton ekwiwalentu ropy naftowej (13 000 MTOE) – patrz Światowe Zużycie Energii & statystyki. Przekłada się to na moc ciągłą 17,3 terawatów w ciągu roku.
teraz, jeśli pokrymy obszar Ziemi 335 kilometrów na 335 kilometrów z panelami słonecznymi, nawet z umiarkowaną wydajnością osiągalną dziś łatwo, zapewni to więcej niż 17,4 TW mocy. Powierzchnia wynosi 43 000 mil kwadratowych. Wielka Pustynia saharyjska w Afryce to 3.6 milionów mil kwadratowych i jest głównym źródłem energii słonecznej (ponad dwanaście godzin dziennie). Oznacza to, że 1,2% Sahary wystarcza na pokrycie wszystkich potrzeb energetycznych świata w energię słoneczną. Nie ma możliwości, aby węgiel, ropa naftowa, wiatr, energia geotermalna czy jądrowa mogły z tym konkurować. Koszt projektu wyniesie około pięciu bilionów dolarów, jednorazowy koszt w dzisiejszych cenach bez żadnych oszczędności skali. To mniej niż koszt ratowania banków przez Obamę w ostatniej recesji. Łatwiej sobie wyobrazić, że koszt to 1/4 amerykańskiego długu narodowego i równa się 10% światowego rocznego PKB. Więc ten koszt jest raczej mały w porównaniu do innych wydatków na świecie. Nie ma przyszłości w innych formach energii. Za dwadzieścia do trzydziestu lat słoneczny zastąpi wszystko. Nadal będzie zapotrzebowanie na paliwa płynne, ale prawdopodobnie będzie to Wodór wytwarzany przez elektrolizę wody i zasilany energią słoneczną. Następnie cysterny i rurociągi będą przewozić Wodór dookoła świata. Można również wyobrazić sobie baterie cyrkonu lub tytanu, które przechowują duże ilości wodoru.
nawiasem mówiąc, zwróć uwagę, że koszt elektrowni atomowej o mocy 1 GWe (Gigawatowej) wynosi około trzech miliardów dolarów. koszt 17,3 TW energii jądrowej będzie pięćdziesiąt dwa biliony dolarów lub dziesięć razy więcej niż energii słonecznej, nawet jeśli wszystkie inne problemy z bezpieczeństwem i dostaw uranu zostaną rozwiązane.
wszystko to powiedziawszy, istnieje niszowe zastosowanie energii jądrowej. Ma najwyższą gęstość mocy każdej generacji i trwa najdłużej bez tankowania. Więc tam, gdzie przestrzeń jest ograniczona lub jak w kosmosie z dala od słońca, lub w łodziach podwodnych energia jądrowa ma sens.
dodatkowe uwagi:
zainteresowanie tym tematem było zauważalne i zadano kilka bardzo dobrych pytań. W tym miejscu można jedynie przedstawić pytania i odpowiedzi.
pytanie: co jest wymagane do osiągnięcia współczynników wydajności słonecznej omówionych w niniejszym wniosku?
odpowiedź: Być może słyszałeś o współczynniku pojemności 25% wspomnianym dla paneli słonecznych. Współczynnik 25% zasadniczo oznacza, że panel o mocy 200 W wytwarza tylko pięćdziesiąt watów, gdy jest uśredniony w ciągu dwudziestu czterech godzin. W rzeczywistości ta niska liczba jest sztucznym produktem ubocznym wyboru miejsca instalacji. Większość małych instalacji odbywa się na dachach w Europie (w szczególności w Niemczech) i Stanach Zjednoczonych. Rozkład strumienia słonecznego jest silnie uzależniony od szerokości geograficznej. W regionie równika (szerokość geograficzna około zera) słońce świeci prawie normalnie, a gęstość mocy może wynosić nawet czternaście setek watów na metr kwadratowy. Na szerokości 45 stopni gęstość mocy spada o co najmniej dwa razy. Główne miasta w Stanach Zjednoczonych są około trzydziestu siedmiu szerokości geograficznej północnej, a Europa jest jeszcze wyższa. Ponadto w tych regionach znaczna część roku ma pochmurne i deszczowe dni, które dodatkowo zmniejszają dostępną moc netto. Jest możliwe, że duże przedsiębiorstwo zajmujące się produkcją energii słonecznej na skalę przemysłową wykorzysta rozległe dostępne tereny równikowe. Miejsce proponowane tutaj jako przykład na afrykańskiej Saharze znajduje się na równiku i jest bardzo mało, jeśli w ogóle, pochmurnych dni w roku. Saharyjska pustynia jest niedroga i w większości nieużywana i jako taka łatwo dostępna do wykorzystania. W niniejszym wniosku zakłada się, że średnia roczna gęstość mocy wynosząca sto pięćdziesiąt pięć watów na metr kwadratowy, w porównaniu z wartościami szczytowymi wynoszącymi tysiąc trzysta pięćdziesiąt do tysiąca trzysta siedemdziesiąt watów/m2 stanowi zaledwie 11% współczynnika mocy. Biorąc pod uwagę dwanaście godzin dni na Saharze i aktualną wydajność powyżej 22% dla paneli słonecznych, ta Średnia wartość jest z pewnością osiągalna.
pytanie: co jest wymagane do osiągnięcia kosztów energii słonecznej omówionych w niniejszym wniosku?
odpowiedź: obecny panel kosztuje około pięćdziesięciu pięciu centów za Wat. Istnieją dodatkowe koszty montażu paneli i falowników. Falowniki są urządzeniami, które przekształcają wyjście prądu stałego (DC) paneli na prąd zmienny (AC) potrzebny do transmisji na duże odległości. Całkowite koszty obecnie uruchomić około dziewięćdziesięciu centów do dolara za wat zainstalowany. W tym wniosku przyjęliśmy realistyczne trzydzieści centów za Wat. W tym względzie należy wziąć pod uwagę dwa główne czynniki. Po pierwsze, obecna gospodarka opiera się na dostawców zewnętrznych, takich jak panele wykonane przez producentów ChinEde. W przypadku narzędzia instalującego terawaty mocy nie ma powodu, aby kupować od stron trzecich i wzbogacać producentów. Ponieważ producenci zarabiają nawet dwadzieścia centów zysku na Wat, zakład produkcyjny na dużą skalę w pełni skorzysta na tym niższym koszcie, jeśli wyprodukuje własne panele. Jeśli chińscy dostawcy paneli chcą czerpać zyski z tego przedsięwzięcia, muszą być częścią inwestorów i dostarczać panele po kosztach i osiągać zyski ze sprzedaży energii, a nie paneli. Jeśli chodzi o koszty falownika, należy zauważyć, że główne wykorzystanie energii kopalnej na świecie nie jest do wytwarzania energii elektrycznej. Paliwa kopalne są wykorzystywane do prowadzenia samochodów, ogrzewania domów, napędu i innych zastosowań przemysłowych. Można sobie wyobrazić, że głównym zastosowaniem dużego obiektu słonecznego, takiego jak wyżej, który wypiera wszystkie inne generacje na świecie, jest produkcja przyjaznych dla środowiska paliw, takich jak wodór. Wodór może być wytwarzany przez elektrolizę wody, a energia słoneczna DC jest łatwo przydatna do elektrolizy bez potrzeby stosowania falowników. Po wyprodukowaniu wodoru można go transportować rurociągami i cysternami do czterech zakątków świata jako paliwo do samochodów, fabryk, ogrzewania domów i tak dalej. Baterie wielokrotnego użytku na dużą skalę mogą być również wykonane z cyrkonu i tytanu, które będą przechowywać wodór w bezpiecznej postaci stałej: – D. Wreszcie, wszelkie takie koszty są kosztami infrastruktury, a nie kosztów energii. Obecnie do kosztów paliwa nie zaliczamy kosztów budowy autostrad i cystern oraz linii przesyłowych wysokiego napięcia. Są to koszty, które każda cywilizacja poniesie, aby zapewnić komfort swoim obywatelom, czy to źródłem energii jest energia słoneczna, kopalna czy jądrowa.
pytanie :czy są jakieś inne problemy środowiskowe związane z wykorzystaniem energii jądrowej lub słonecznej, które powinny być brane pod uwagę obok globalnego ocieplenia?
odpowiedź: jest kilka obaw.
- energia jądrowa wymaga odrzucenia ciepła. Wydajność netto instalacji wynosi od 30 do 32% ze względu na ograniczenia w cyklu woda/para. HTGRs (wysokotemperaturowe Reaktory gazowe) za pomocą CO2 i helu może popchnąć to do 50%, ale są brwi na z powodu innych problemów. W każdym razie oznacza to, że na każdy wat energii elektrycznej wytwarzanej przez reaktory jądrowe trzeba odrzucić dwa waty do środowiska. Energia jądrowa stanowi 10% sieci elektrycznej i 2% całkowitej produkcji energii. Jednak jeśli ktoś pójdzie znacznie wyżej, to zabraknie nam możliwości odrzucenia, jak to miało miejsce we Francji. Ciepła woda płynąca z kondensatorów elektrowni jest destrukcyjna dla ekosystemu oceanów i rzek, do których ciepło to jest odrzucane. Na powyższym zdjęciu elektrowni jądrowej dwa duże stosy, które widzisz, nie są stosami dymu, ponieważ elektrownie jądrowe nie mają dymu (w porównaniu z węglem). Są przeznaczone do odrzucania ciepła do powietrza. Nie możemy mieć 17,5 TW produkcji energii jądrowej, ponieważ wymaga to odrzucenia ciepła 35 TW do środowiska, chyba że wynaleziono i wdrożono nowe technologie odzyskiwania ciepła na dużą skalę. Ciepłe wody w oceanach i rzekach zwiększają pasożytnicze życie roślinne i zmieniają normalne życie morskie. Są one również szkodliwe dla obecnych populacji ryb, co prowadzi do nienaturalnej selekcji.
- produkcja paneli słonecznych nie jest w tej chwili przyjazna dla środowiska. Obecny proces produkcji wykorzystuje technologię produkcji półprzewodników, która generuje zanieczyszczenia. Ponownie na obecnych małych poziomach nie jest to zbyt duży problem, ale przy 17 TW należy opracować rozwiązania, aby zneutralizować te toksyny i zmniejszyć zanieczyszczenie. Obecna technologia produkcji paneli słonecznych również wykorzystuje duże ilości energii, co może stać się czynnikiem do rozważenia dla zrównoważonego rozwoju.
pytanie: Czy istnieją jakiekolwiek obawy dotyczące uszkodzenia ekosystemu pustynnego podczas korzystania z pustyń jako farm do produkcji energii słonecznej?
odpowiedź: to najmniejszy problem ze wszystkich. Proponowany projekt, jak pokazano, potrzebuje tylko 1,2% Sahary Afrykańskiej, aby zastąpić wszystkie formy produkcji energii na świecie. Jest to tak mała część w porównaniu do całego obszaru pustynnego na świecie. Pozwoli to również zaoszczędzić ogromne połacie ziemi, które są obecnie narażone na wydobycie węgla i skażenie przez kwaśne deszcze, nie mówiąc nic o możliwych radioaktywnych regionach lądowych w przypadku awarii jądrowych. Co więcej, ekosystem Saharyjski może lepiej rozkwitnąć w cieniu pod tylną stroną paneli. Obecna erozja pustyń powoduje duże burze piaskowe, które zanieczyszczają i zanieczyszczają powietrze w cywilizowanych częściach Afryki i Bliskiego Wschodu. Zanieczyszczenie PM10 i PM2. 5 jest na epickich poziomach w wielu z tych rozwijających się społeczeństw. Farmy Słoneczne będą rzeczywiście korzystne dla życia poprzez stabilizację piasku. Mieszkańcy tych regionów świata prawdopodobnie chcieliby, aby projekt był większy i obejmował więcej obszarów.
to pytanie pierwotnie pojawiło się na Quora. Zadaj pytanie, uzyskaj świetną odpowiedź. Ucz się od ekspertów i uzyskaj dostęp do wiedzy poufnej. Quora można śledzić na Twitterze, Facebooku i Google+. Więcej pytań:
- Nauka o środowisku: jak globalne ocieplenie wpłynie na dostawy żywności w USA w ciągu najbliższych 20 lat?
- energia jądrowa: jak blisko jesteśmy do syntezy jądrowej?
- : Jakie są kontrowersje wokół globalnego ocieplenia?