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1979年,NASA的Mod-1风力涡轮机站在北卡罗来纳州布恩的一座山顶上。
绿色倡议

能源来源比较

每一千瓦小时都有一个隐藏的历史:矿山、工厂、烟囱或刀片。 诚实地比较一下,情况会比辩论更清楚。

NASA Glenn Research Center

1979年NASA在北卡罗来纳州的一座山上开启了Mod-1,这是一台带有61米直径转子的双叶风力涡轮机。 这是当时最大的风力涡轮机之一,也是将风能作为电网重要组成部分的首批尝试之一。 四十年后,风能和太阳能是地球上增长最快的电力来源。 要了解为什么,以及他们仍然无法做到什么,它有助于比较每个来源相同的条件。

整个生活,而不仅仅是烟囱

发电厂的排放并不止于烟囱。 必须制造钢铁和混凝土，开采和运输燃料，最终拆除一切。 生命周期评估将所有这些因素按每千瓦小时计算。 政府间气候变化专门委员会对数百项此类研究的审查给出了一个明确的排名:煤炭排放量在820 grams of CO2-equivalent per kilowatt-hour左右,天然气排放量在490左右,而风能、核能和水力发电排放量在10到25之间,太阳能排放量在40到50之间。

安全也有类似的情况。 如果按每单位电力计算事故和空气污染造成的死亡，煤炭和石油是迄今为止最危险的来源，因为燃烧它们会让空气充满颗粒物。 风能、核能和太阳能比水电安全上百倍。

820 g煤炭每千瓦时的CO2当量，生命周期中值 (IPCC AR5)
11 g陆上风能每千瓦时的CO2当量(IPCC AR5)
24.6煤炭每兆瓦时的死亡率，而风能则为0.04人(我们的世界)

每个来源都擅长什么

  • 煤和天然气可以在需要时开启,但排放和污染最多。 天然气燃烧时排放的CO2约为煤炭的一半,但甲烷泄漏缩小了差距。
  • 核 稳定运行,排放量非常低,占地面积很小;建设成本高、速度慢,废物必须长期管理。
  • 水力发电是灵活的低碳能源，但水坝会造成洪流和河流变化。
  • 风 是最便宜的新电力之一;它随着天气而变化,需要空间、电网和越来越多的储存。
  • 太阳能 是廉价的,模块化和适合在屋顶上从一个村庄到摩天大楼; 它产生什么在夜间和更少在冬天。
两台巨大的铲轮挖掘机在一个广阔的沙质露天矿中,绿色田野和一排风力涡轮机在地平线上。
2019年,德国西部加茨韦勒露天褐煤矿的铲轮挖掘机,风力涡轮机在地平线上。 对于煤炭来说,一个千瓦小时的隐藏历史始于这样一个矿井。 Photo: Arne Müseler, CC BY-SA 3.0 DE

没有完美的来源。 只有更好的和更糟糕的混合物,而这种混合物由我们来选择。

缺失的一块:灵活性

清洁电力系统面临的挑战不是平均产生足够的能源，而是每秒钟匹配供应和需求。 电池、抽水发电、跨地区分享电力的强化电网、跟随太阳和风的需求以及稳定的低碳能源都填补了这一空白。 这也是为什么我们研究模块化生成,可以坐在电力使用的地方,如风扇墙壁。

成熟的解决方案:已经发生变化的电网

清洁电力不仅仅是一种预测。 一些国家在几代人时间内重建了大部分电力供应，每个国家都利用了它所拥有的资源：风、水、地球的热量或太阳。 下面所有的数字是各国发电量的比例,由Ember和能源研究所汇编。 我们的世界,除非另有来源。

  • 丹麦:风力作为支柱。 化石燃料在2000年占丹麦电力的84 % , 在2024年占11 % 。 风力涡轮机占58 % , 生物能源约占五分之一,太阳能自2012年以来从几乎为零增长到11 % 。
  • 乌拉圭：不到十年的过渡。 乌拉圭过去依靠水坝,在旱年燃烧石油和天然气;2008年,化石燃料生产了39%的电力。 风能从2013年的约1%增长到2018年的32 % 。 即使在2023年,这一年水电产量非常低,化石燃料的比例也不到8 % , 在2024年约为1 % 。
  • 肯尼亚:来自裂谷的热量。 2000年,来自裂谷蒸汽井的地热能源占肯尼亚电力的10 % , 到2024年将达到45 % , 超过任何其他能源。 随着水电、风能和太阳能的发展,肯尼亚现在有超过十分之九的电力是可再生能源,而2000年这一比例为40 % 。
  • 苏格兰:超过它所需要的。 苏格兰在2024年创造了38.4兆瓦时的可再生电力,其中30.1兆瓦时来自风能,并向英国其他地区出口了比进口更多的19.7兆瓦时的电力(苏格兰政府，2025年).
  • 联合王国:煤炭的终结。 2000年，英国四分之三的电力来自化石燃料；到2024年，这一比例将达到约三分之一，风能占29 % 。 2024年秋天,最后一座煤电站拉特克利夫-安索尔(Ratcliffe-on-Soar)将在50年后关闭,使英国成为第一个停止燃煤发电的主要经济体。英国政府，2024年).
  • 巴西:水,风和太阳。 几十年来,水电一直是巴西的主要发电方式。 自2010以来,该国迅速增加了风能和太阳能:它们在2024共占其电力的24 % , 而在2010不到半个百分点。
  • 哥斯达黎加：几乎全部可再生能源。 自2015年以来,水电、地热和风能每年都提供了哥斯达黎加98%以上的电力。
  • 孟加拉国:没有电网的灯光。 孟加拉国许多村庄远离任何电线。 From January 2003 the Bangladeshi finance company IDCOL, first backed by the World Bank, financed small solar home systems for off-grid rural households. By January 2019 about 4.1 million had been installed, bringing solar electricity to about 18 million people, 12 percent of the population, who had lit their homes with kerosene lamps (IDCOL).
从长低地热发电厂上升的白色蒸汽在一个多云天空下的一个干燥山坡.
肯尼亚裂谷内瓦沙附近的奥尔卡里亚三号地热发电厂。 现在,这些井的蒸汽比其他任何来源都能提供更多的肯尼亚电力。 Photo: Bbossoxx, CC BY-SA 4.0

为什么它变得便宜:学习曲线

这些转变加速的原因是价格。 太阳能模块成本约132美元每瓦在1975年和27分在2024年,在今天的钱: 99.8%便宜 (我们的世界). 经济学家称之为模式 学习曲线: 每当世界总装机容量翻一番,随着工厂的增长、设计的改进和供应链的成熟,模块价格都会下降大约五分之一到四分之一。 电池也走了同样的道路。 锂离子电池的价格在1991和2024分别为每千瓦小时约9,200美元和78美元，减少了99%以上(Ritchie, Our World in Data)，而仅在2024一年中，电池组的平均价格就下降了20 % ， 降至每千瓦小时115美元(BloombergNEF, 2024)。

未来最便宜的能源是我们建设的能源。 每个安装的面板使下一个更便宜。

打破基准:征求想法

上面的比较有一个明确的教训：任何新的能源生产或节约方式都必须与已经廉价和清洁的能源竞争。 对于建筑物来说,基准是屋顶太阳能电池板。 这是一个高标准,这正是为什么我们希望更多的人思考它。 我们自己的 Fan Wall 是一个我们正在公开测试的想法,包括它失败的地方。 只是一个想法。 真正的任务是找到解决方案，解决剩余问题：夜间和冬季供电、家庭和工业供暖、拥挤的屋顶以及需要灵活性的电网。

红色和灰色屋顶的郊区鸟瞰图,花园和树木之间,许多屋顶覆盖着黑暗的太阳能电池板。
澳大利亚堪培拉的郊区屋顶与太阳能电池板。 在建筑物中,这是每个新想法必须打败的基准。 Photo: Benlisquare, CC BY-SA 4.0

我们希望听到您的想法,有两种方式可以从这里开始。

  • 一个想法需要一个工作模型。 基金会的一些成员可能有联系人可以听到一个强大的想法的提出。 要想被提出，一个想法需要一个工作的、真实的模型，它能够实际产生电力，其输出通过仪器来测量，而不是声称。 一个带有记录仪表的锅大小原型比任何图纸都能说明更多。
  • 纸质的想法也受欢迎。 一个没有硬件的理论上有争议的想法,如果它是坚实的:物理检查出来,数字是诚实的,最便宜的测试是清楚的,仍然可以在这里发布在网站上。 这就是好的想法如何找到能够实现它们的人。

要现实的区别: 没有一个工作模式,筹集资金是非常困难的, 这里没有什么是资金、 回报或介绍的承诺. 我们能够承诺的是对数字进行认真、公开的阅读。

每个选项,解释

每篇文章都涉及物理学、硬极限、具有测量结果的真实项目、与屋顶太阳能相比的成本以及工作原型需要什么。

值得探索的方向

这些都是有真实物理背后的起点,每个想法都有必须尊重的限制。 雷达上的每一个想法都有自己的深入文章,下面链接,写作与我们的风扇墙研究一样诚实。

  • 太阳能表面,做两个工作。 立面,噪音屏障,停车场顶棚和运河盖,在遮阴或保护其他东西的同时发电。 混合光伏热电板增加热量:每平方米大约100到700千瓦时的热量,在电力之上(IEA SHC Task 60, 2020 ) 。 限制是阳光本身:最多每平方米约1千瓦。 阅读: 太阳能屋顶,也使热.
  • 农场和水库也收获阳光。 农业光伏系统的模型已经从同一块土地上比单独作物和面板多35%到73 % ( Dupraz等人,2011年 ) 。 30%的适合储水层上浮动太阳能每年可产生约9400兆瓦时,大约是当今世界电力的三分之一,并且可以减少蒸发(Jin et al . , 2023 ) 。 阅读: 农业光伏 和 浮动太阳能.
  • 热量,而不仅仅是电力。 热量占世界最终能源使用的一半左右 (国际能源机构,可再生能源2019). 沙石热电池可以储存几周的廉价风能和太阳能;2025年,一台100兆瓦小时的装置将开始为芬兰波尔奈宁镇供暖(极夜能源). 地源热泵每单位发电可提供约四个单位的热量(IEA,2022 ) 。 工厂、污水管道和数据中心的废热仍然大多被丢弃(Forman等人,2016年). 阅读: 沙和热电池, 地源热泵 和 废热。
  • 水已经在移动。 潮汐流可以预测几十年前;苏格兰的MeyGen阵列将于2023年超过50 GWh。 波浪、河流、灌溉运河和水管中的减压阀都携带能量，但每个场地通常只能承载千瓦，这就是为什么廉价的标准设计比破纪录的设计更重要。 阅读: 潮汐流, 波能 和 小型和管道内水电。
  • 风速越大。 风力随着风速的三次方而增加,几百米以上的风更强、更稳定。 能源风筝是试图达到他们;Google’s Makani closed in 2020 after thirteen years, while smaller companies keep testing. 这里的一个好主意必须解释可靠性,而不仅仅是功率。 阅读: 能源风筝.
  • 在正确的时候使用能源。 当我们加热水、充电汽车和冷却建筑物时,转换是所有最便宜的”发电站 ” : 仅美国就有约200GW的成本效益灵活需求到2030年(布拉特尔，2019年). 软件、关税和简单家用设备方面的想法也算作能源想法。 阅读: 需求灵活性。
多层停车场的鸟瞰图,顶楼被树木中长排的太阳能电池板覆盖在钢制篷上。
太阳能遮阳篷覆盖在马萨诸塞州纳蒂克停车场的顶层:同一表面为汽车提供遮阳,并产生电力。 Photo: Stephen Coffrin, US Department of Energy (public domain)

强有力的想法简介包含什么

  1. 它解决的问题,以及为谁:一个城市屋顶,农场,工厂,村庄没有网格。
  2. 物理检查。 每平方米,每吨,或每升水有多少瓦特? 一年有多少千瓦时? 与上述基准的快速比较可以节省大家的时间; David MacKay的Sustainable Energy Without the Hot Air是一本免费指南,用于诚实地做到这一点。
  3. 每千瓦时的成本,即使作为一个粗略的范围,以及什么将不得不变得更便宜,它赢得。
  4. 什么将是真实的,和最便宜的实验,可以显示它不是。
  5. 谁可能会受到伤害,从野生动物到邻居,以及你如何知道。

一个好的想法不一定是正确的。 这个理论需要可以测试,并且对于什么会证明它是错误的要诚实。

从事这项工作的组织

这些非营利组织帮助人们获得清洁、负担得起的能源,并公布他们所取得的成就。 看看他们的工作,如果它说服你,考虑直接捐给他们。 Local Solar System基金会与任何这些组织没有关系,也不从它们那里接受任何东西。 在你捐赠之前,请阅读每个组织自己的报告和账户,并检查它是如何衡量其结果的。 下面的数字是各组织自己的。

  • [太阳能援助]https://solar-aid.org/) (英国注册慈善机构1115960)通过自己的社会企业为撒哈拉以南非洲的农村家庭提供太阳能灯，这些家庭在其他情况下会使用煤油、蜡烛或手电筒。 它报告了2.5百万灯分发和13.3百万人达到。
  • 太阳姐妹https://solarsister.org/) (美国非营利组织)在撒哈拉以南非洲偏远地区招募、培训和支持女企业家建立向离网家庭出售太阳能照明和清洁炉灶的业务。
  • 实际行动 (英国注册慈善机构247257)与非洲、亚洲和拉丁美洲的社区合作，开发实用技术消除贫穷，包括获得清洁能源，例如为难民营提供可再生能源。
  • RMIhttps://rmi.org/) 洛基山研究所(Rocky Mountain Institute,美国非营利组织)成立于1982年,是一个独立的研究机构,与50多个国家的政府、电力公司和企业合作,将能源系统转向清洁、低成本的电力。
  • 成员 (独立的非营利智库,成立于2020年)发布了几乎每个国家的免费开放电力数据,包括上图中的大部分数据,以便任何人都可以检查电网变化的速度。
学校pinafore的一个年轻女孩看着在她的手发光的小黄色向日葵形状太阳能灯。
在埃塞俄比亚的亚的斯亚贝巴,一名女生拿着她第一个太阳能灯。 对于没有电网的家庭来说,小型太阳能灯可以取代煤油和蜡烛。 Photo: USAID in Africa (public domain)

您可以如何帮助

  • 切换您的供应 向可再生能源费率或社区能源计划(如有)转换。
  • 当它是干净的时候使用电源。 在风能和太阳能充足时运行洗衣机并为车辆充电；许多电网公布实时碳密度。
  • 把面板放在屋顶上。 家庭、学校、超市和停车场都是现成的太阳能站点;询问你的议会和你的雇主。
  • 在你生成之前保存。 绝缘和高效电器同时减少账单和排放量。
  • 问问号码。 询问您的电力供应商和政府关于您购买的电力的生命周期排放量。
  • 支持做工作的人。 该 以上组织 为没有太阳能和清洁能源的家庭提供太阳能和清洁能源,并发布开放数据和研究;查看他们的报告,如果他们的工作说服了你,直接捐款。
  • 向我们发送能源想法。 使用 捐款表,选择绿色倡议,并用上述五点描述您的想法。 如果你有一个工作模型,请包括它的测量输出以及你如何测量它。 工程师、学生和制造商也欢迎在 贡献板 上评论其他人的想法。

资料来源和进一步阅读