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解决21世纪能源危机的唯一希望:与计算机相结合的创新核能

正规申博开户登入 来源:前瞻网            发布时间:2018-11-14 15:23:47

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2006年,比尔·盖茨和我一起认真审视了人类为21世纪提供能源的所有选择。当时,世界上81%的初级能源(在转化为电力、汽油等之前的原始能源)都来自化石燃料。你可能还记得,那时候油价还在飙升。其实当时许多分析师非常担心“石油峰值”,如果需求增长超过供应萎缩的话,石油将出现短缺。

在2006年的时候,很明显,世界不会仅仅通过节约能源来阻止全球变暖、海洋酸化和空气污染。那时大约还有15亿人生活在没有电的环境中——但他们确实想要、也需要电力。世界人口在增长,在世界上的许多地方,人们寿命更长,生活水平更高。他们购买了更多的汽车,使用了更多的家庭供暖和空调。所有的这些需求都将继续下去,而所有的这些需求都将会需要更多的能源。

太阳能、风能和生物燃料都在快速发展,这很好。但我已经看到了即将到来的主要限制:巨大的土地需求,不稳定的能源供应缺乏可持续的方式来满足社会对能源的不懈渴望。但无论如何,许多优秀的研究人员已经在致力于改善这些可再生能源。但这其中似乎有一个巨大的机会重新思考核能。世界各地运行的大多数反应堆——包括福岛的反应堆和几乎所有在美国运营的100多个工厂——都是根据slide rule时期起草的设计建造的,并使用在航空母舰和潜艇上使用的反应堆改造而成。

学术界和国家实验室的研究人员已经探索了许多有前景的替代方法。他们已经发布了改进的设计(在某些情况下甚至是原型),这些设计不依赖高压蒸汽或水来冷却,可以更有效地使用铀,发电成本更廉价。核工程师现在可以利用巨大的计算能力来模拟创新设计,并识别出最好的想法,而无需真正建造测试反应堆。

然而,核工业在很大程度上已经丧失了创新精神。公用事业公司正在开发新技术,使现有的反应堆比以往任何时候都更可靠。但是多年过去了,市面上几乎还没有一种本质上与以往有区别的新型反应堆。

我不禁在想:如果我们把最先进的计算技术交给世界上最好的核物理学家,然后给他们一个很高的标准,让他们在很短的期限内完成任务的话,会发生什么?他们能发明一种新的核电站吗?这种核电站的安全将受到物理学基本定律的保障吗?这种核电站会产生更少的废物吗?或者更好,它可以燃烧现有的废物吗?一个可以削减运营成本、免除核扩散担忧的工厂?想象一下,一个这样的核电站将会如何改变世界。

这似乎值得一试,于是乎,在比尔和其他一些大胆投资者的支持下,我们推出了TerraPower计划,并投入到努力实现这一目标的工作中。

12年后的2018年,此时此刻,有什么改变了吗?

好的一面是,TerraPower和其他一些核能初创企业蓬勃发展,正在朝着建造第一个这样的核反应堆的方向前进。智库“第三条道路”(Third Way)在2015年的一份报告中指出,有近50家公司和组织在从事先进反应堆项目,这一势头吸引了大量年轻的工程人才涌入这一领域。

但我们需要加快进步的步伐。2006年以来能源技术的最大突破并不是我们一直在寻找的东西。这个突破就是所谓的水力压裂法,它使得天然气价格变得低廉,石油价格保持稳定,同时对电力市场造成严重破坏,损害了更清洁的替代能源。

与此同时,全球变暖趋势仍在继续。温室气体排放量继续增加。虽然太阳能和风能产业也是如此,但是你知道当今世界有多少初级能源来自化石燃料吗?这一比例为81%,与2006年持平。

尽管有了新的太阳能和风力发电厂、新的LED灯泡和混合动力汽车,人类对化石燃料的需求还是只增不减,因为我们每年都在使用更多的能源。自2006年以来,中国人均能源消耗(全年平均)增长了四分之一,达到3千瓦(kW)。这是一个普通非洲人消耗能源的6倍,一个普通非洲人年平均消耗能源只有0.5千瓦。但3千瓦这个数字仍不到美国人能源消耗平均水平的三分之一,美国平均水平为9.2千瓦,这相当于9台烤面包机每天24小时运转消耗的能源。在本世纪结束之前,我们有充分的理由相信,我们将看到世界上几乎每个人消耗能源的速度至少与美国人现在一样快,这其中包括11亿今天完全没有电的人,这就是为什么我们开发更好的、我们都能接受的核能是如此重要。

在许多方面,这将会意味着一个共同梦想的实现,因为能源是支点,它赋予人类的创造力杠杆力量。“普遍能够获得能源”这一点,可以说是确保每个儿童都能过上有尊严的健康生活并实现其人类潜力的最基本要素。

一些人认为,对世界上目前贫穷的地区来说,增加能源使用将是灾难性的。我认为这个论点在道德上是应该受到谴责的。我们凭什么说我们的生活方式对我们来说是好的,而对其他人来说却不是?

如果我是对的话,那么人类面临的能源挑战比大多数人想象的要大得多。将全球平均能源使用量从2017年的2.4 kW提高到目前美国人均9.2 kW的水平,意味着能源产量将要增加近两倍。如果所有这些新能源都不是用接近零的碳排放来生产的话,那么气候问题届时将会变成一场灾难。但未来挑战可能比这要更大,人类现在大约有75亿人。联合国人口司预测,到本世纪末,人类的数量将达到100亿到130亿。按照目前美国的能源消耗速度,100亿人的能源消耗量相当于目前全球能源产量的5倍。具有讽刺意味的是,降低人口增长率的最有力因素之一是繁荣,而这与能源使用高度相关。

当然,目前美国9.2千瓦的平均消耗也不是一成不变的。随着我们不断创新,一些技术进步会提高现有设备的能源效率。但这些改进也有局限性,而且创新也会创造新的能源需求。

例如,当你读到这篇文章时,数以百万计的计算机正在Facebook、亚马逊、谷歌和微软建立的巨大数据库中嗡嗡作响,等待着你或其他人通过互联网访问它们。往上一代,没有人会预测到服务器中心会成为主要的能源消耗用户。但如今,谷歌消耗的能源相当于整个旧金山消耗的能源,弗吉尼亚州数据中心的能源消耗巨大,并且每年以18%的速度增长。

如果全球能源使用量增加五倍(甚至是一小部分)这个预言实现的话,不充分利用核能就不可能在避免破坏大气的前提下满足这个需求。但如果我们依赖于slide rule时代的核技术,那将会是非常愚蠢的,没有工业部门会这样做。

这就是为什么我们必须加快核电创新的步伐。TerraPower只是全球数十家正在探索新型的、更好的反应堆的初创企业之一,这些反应堆包括大型反应堆、小型反应堆、浮动反应堆和地下反应堆。其中几项创新设计可以燃烧现有的核废料和铀浓缩的副产品。

现在说哪些想法会成功还为时过早,我希望所有想法都会成功。但很明显,这种需求是全球性的,成功的技术将会拥有的市场是巨大的,政府和投资者将会明智地押下许多赌注。我们需要增加成功的几率,至少要有一种方法可以尽快产生巨大的回报。

——Nathan Myhrvold

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