太阳能，风不能，核未能
- 刘家明
- 2月3日
- 讀畢需時 5 分鐘
人类可以说是能量动物，必须靠消耗外来的能量保持体温生存。自从人类进入了电气工业时代，社会文明和经济的发展就更加依赖电力能量了。传统的电力生产主要依靠燃烧化石燃料如煤炭、石油和天然气等，有大河大水的国家得天独厚，也可以用水力发电。不过地质学家估计全球的化石能源已达到“哈伯特顶点”（ Hubbert’s Peak）， 也就是说化石能源的生产将不够应付人类未来的需求。
化石燃料的另一原罪是燃烧后会产生污染环境的残留物，尤其是温室气体。由于全球暖化，恶劣气候骤变，环境的严重污染已临近警戒线，各国不得不开始开发“零碳”或“碳中和”等替代能源。我国也不例外，除了转用对环境较友善的天然气取代石油发电，也开始展开各项从外国输入清洁电力供应的方案。
化石燃料的替代能源
在寻找符合我国国情的替代能源之前，先看看目前对替代能源的一些定义。再生能源（renewable energy）说的是产电原料可以通过自然界得到，是取之不竭，用之不尽的能源，典型的是太阳、风、水力、氢气等能源。绿色能源（green energy）在产电的过程中不（或少量）产生温室气体如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）或含氮的副产品，而清洁能源（clean energy）是除了不产生温室气体外，也不产生污染环境的如微颗粒和有害化学物质，核能在定义上也算是清洁能源。
从国家可持续发展的角度来看，靠输入能源不是长远之计，所以要寻找长期解决能源的方案。由于人多国小没腹地，也没有任何矿物资源，更缺乏如水力发电的天然条件，所以剩下的选项不多。能源源不断供应的再生清洁能源就只有太阳能，风能和核能了。核能的原料出口虽然受管制，不过全球储量大，基本上可以从多国购得，所以不容易被“卡脖子”。
太阳能
利用太阳能发电的技术目前已算相当成熟。它可以分为两大类别：光伏发电和光热发电。光伏太阳能是让阳光直接照射光伏板，通过光伏效应把光能转变成电流。电流可直接应用或者贮存起来备用。光热太阳能则是通过设计排列好的镜子，把太阳光全部聚焦在某点，直接加热储水或熔盐等混合物，产生水蒸汽来发电。
太阳光伏板在我国已经相当普遍，除了个别用户，有关当局也尽量在各处安装光伏板。可惜光伏板占用面积很大，在土地利用上并不经济。太阳能还会受到云层、气候、早晚的影响，所以要发展电网、储电和输电等的相关科技。太阳光热发电用的是科技较简单的镜子，但要占用大量土地，也不可能在本国装置。根据目前的计算，太阳能在未来，最多只能满足全国不到10%的电量需求。
风能发电
在外国田野间若看到一排排巨大的塔筒支撑着三叶风车，缓缓优雅地转动，就是风能发电站了。风能的最早应用莫过于有 “风车之国” 之称的荷兰了，不同的是现代风车转动的是发电机。目前的两种供电方式，就是陆风能和海风能。
风能发电没有如太阳能的日夜断续性局限，风能和电能转换效率也比太阳能高。除了有环保人士说它破坏鸟类和动物的生态外，算是最清洁的绿色能源。不过陆风电能站装置占地面积大，又得设在人烟稀少的地方，输电的设备和费用比较高。目前较多发展的是离岸海风电能站，除了海上多风，沿海大都市的用户也较密集，所以总体经济效益比陆风站大得多。当然海风能站也有受到极端气候破坏的风险，例如不久前海南文昌沿海的风电站就遭到飓风“摩羯”的严重破坏。
风能发电站建造不复杂，随风转动的大风叶直接就带动发电机产电。风能来源免费，技术成熟，不污染环境，只要有约10 节的平均风速就可发电了。我国虽然每天凉风习习，但平均风速却不及6节，再加上到处高楼林立，使得风向不定。我们也没有足够的空间竖立大风车阵，所以不可能发展陆风能。至于离岸海风能，我们的海岸空间也有限，还要利用来发展海运，不符合整体经济效益。所以我们也没有发展离岸海风能站的可能。
核能发电
自从第一座核子发电站（反应堆）1954年在苏联启动后，这几十年来，全世界大大小小的核子发电站已超过400座。核能令很多人“闻核色变”的主要原因是安全问题。核能发生意外的机率虽然很小，但是意外所造成的损害却能延续多年。
核能发电应用的是核分裂（nuclear fission）的反应。在核子反应炉里用中子碰击铀的同位素-235，铀裂变成和一些中子，这些中子又再碰击其他的铀，如此产生的连锁反应会释放出大量热能，热能加热水成水蒸汽，就可以推动涡轮发电了。核能的副产品只是水蒸汽，所以算是最清洁的能源。不过核裂变后留下的是高度放射性物质，如果处理不好，就会直接危害生态，因此核能发电因此才有争议性。
目前核能发展已算是第三代，设计和废料处理上已大大改善了安全性，应用核废料重新发电的科研也取得了很好的进展。相信在未来十年里，更安全，更有效和环保的核能发电站就会逐步普遍起来。尤其是较小功率的“小模式反应堆”（Small Modular Reactor）科技的完善，装置核电站的工程越来越简化。
只从科技和可行性来说，我国未来能够自给自足的电源就是核能发电了。虽然核电站占地面积小，但还是要规划出方圆直径约1-2公里的安全区，所以要考虑离岸或者外岛建设。除了要让国人在心理上接受这个低风险项目，也要考虑到邻国的政治敏感性。最近印尼已宣布在2030年启动核能计划，菲律宾也宣布在2032年启用核能发电，所以在不久的将来，核能将会是东南亚的常态了。
核能的研发还在不断推进，全球科学家的终极目标是不产生放射性废料和设备安全的“核聚变”（Nuclear Fusion）发电。不过现在的成绩只是初见曙光，是实验室的雏形，还不能生产应用。
结语
我国是个完完全全的能量消费国，如果能量不能自给自足，总有一天会受制于人。所以能源对我国来说就如水源一样，是个生存问题。在新能量“菜单”里还有氢能和热能的选项。氢能的原材料虽然也是取之不尽，但目前提取科技昂贵而且需要大量土地设备和储存空间。虽然我们最近也开始了地热的研发，不过目前那小小的热源只能供科研而已。总体来说，要持续生存发展，目前在能源的自给自足方面，就是“太阳能，风不能，核未能”了。
作者为特约撰稿人
留言