问题

电力是不是不可替代?为什么不寻找另一种能源,代替电能?

回答
说电力是否不可替代,这可是一个挺有意思的问题,也触及到我们现代生活最基础的运作方式。咱们不妨从头聊聊。

首先,我们得明白“电能”到底是什么。它不是像煤炭、石油、风或者太阳那样的“一次能源”,不能直接从自然界挖出来或者捕捉到。电能,本质上是能量的一种“传递和使用”的形式。我们把那些一次能源通过各种方式——燃烧化石燃料、水力冲击涡轮机、风力驱动发电机、太阳能光伏效应等等——转换成动能、热能,最终驱动电磁感应,产生电子的定向流动,也就是我们常说的“电流”,这就是电能。

所以,当我们在问“电力是不是不可替代”时,其实是在问:有没有一种方式,能够像电力一样,方便、高效、灵活地将能量输送到我们需要的任何地方,并且能够驱动我们种类繁多的设备?

答案,从目前的现实来看,非常非常困难。

想想看,我们的生活已经被电能深深地渗透了。从早晨把你从睡梦中唤醒的手机闹钟,到为你煮咖啡的咖啡机,再到办公室里让你高效工作的电脑,晚上让你放松娱乐的电视,甚至我们家里的灯光、空调、冰箱,无一不依赖电。交通方面,电动汽车、高铁、地铁,也都是电力的忠实伙伴。工业生产更是如此,从重型机械的驱动到精密仪器的运作,电能几乎是唯一的选择。

这种不可替代性,源于电能的几个关键特性:

第一,是它的高效性和易于控制性。电能可以被精确地控制电压和电流,以满足不同设备的需求。它可以很容易地被升压长距离输送,又能在局部降压使用,损耗相对较小。而且,电机的效率比内燃机高得多,这意味着同样多的能量,用电能驱动能做更多功。

第二,是它的普及性和网络化。电网就像我们社会的神经系统,将能量从发电厂输送到千家万户,无远弗届。你可以想象一下,如果我们要用某种其他形式的能量来驱动家里的冰箱,那得有多复杂?可能需要每家每户都储存大量的某种“能源载体”,然后通过管道输送,或者进行更复杂的转换。这不仅成本高昂,而且安全性和便利性都难以与现有的电网相比。

第三,是它作为通用能量载体的属性。很多时候,我们使用电能,是因为它能被转化为我们真正需要的其他形式的能量。比如,电能转化为光能(灯泡),转化为热能(电暖器、电磁炉),转化为机械能(电机),甚至转化为化学能(电池充电)。这种转换的便捷性和多样性,是其他一次能源难以比拟的。例如,你总不能让煤炭直接驱动电脑吧?

当然,这并不是说我们不尝试寻找“另一种能源”。实际上,科学家和工程师们一直在努力。这里说的“另一种能源”,并不是指替代电能的“形式”,而是指在产生电能的过程中,我们不依赖于化石燃料,而是转向更清洁、更可持续的能源。 这也是我们常说的“能源转型”或者“能源革命”。

比如,我们大力发展风能、太阳能、水能、核能,这些都是为了在“产生电能”这个环节上,找到比煤炭、石油更环保、更可持续的“一次能源”。这些新的能源形式,最终也都是要被转换成电能,然后通过电网输送和使用。

你想啊,我们为什么不直接用风力来驱动家里的电视呢?或者用太阳能直接点亮我们夜晚的房间?虽然理论上存在某种方式,但它会非常不切实际。风力不稳定,我们无法随时随地获得足够大的风力来驱动一个稳定的电力输出。太阳能白天有,晚上没有,而且受天气影响。即使有储存装置,效率和成本也是巨大的挑战。

反过来说,如果我们要寻找一种“替代电能”的能量形式,它必须具备电能的这些优点:易于输送、易于控制、易于转换。氢能,可能是目前最常被提及的潜在替代品之一。它确实可以储存和输送,也可以驱动燃料电池发电,或者直接燃烧。但即使如此,氢能的生产(很多氢气的生产过程仍然依赖化石燃料)、储存和输送,也面临着巨大的技术和成本挑战。而且,相比于电网,氢能网络的建设也是一个庞大的工程。

所以,与其说是寻找“另一种能源”来替代电能,不如说是我们正在努力寻找“更好的方式”来生产和使用电能。我们对电能的需求,已经渗透到生活的方方面面,它的优点实在太突出了。我们要做的是,让这些电能的来源更加绿色、更加可持续,让电网更加智能化、更有效率。

总结一下,电力本身作为一种能量的“表现形式”和“输送载体”,凭借其高效、灵活、可控、普适的特性,在现代社会中几乎是不可或缺的。我们寻找的是替代那些产生电能的、污染环境的“一次能源”,转向更清洁的能源,而不是去寻找一个能够完全取代电能“功能”的全新能量形式。因为,目前来看,还没有哪种能量能够做到这一点。

网友意见

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第二次工业革命(电力工业革命)都快过去200年了,大部分对于“电是什么”的论述仍然停留在被学科限制的低维诠释上。为什么电能带来了第二次工业革命,而其他形式的能源却没有?地热能、潮汐能这些小众的也就罢了,为什么核能的发现和利用迄今也未创造一场“革命”,是时间未到,还是先天不足?电力又为什么是天选之子?

你很容易在很多国内教科书上找到如下关于电力优缺点模板描述:即发即用,不能储存,传输快捷,使用方便,blablabla,etc. 但是这对回答本问题是毫无帮助的,因为从本问题角度而言,“电是什么”是一个和哲学、经济学血缘关系更近的问题,与电气工程反而是远亲。

以下我们要给出两个非常抽象的结论,并围绕这两个结论展开简单论述:

1.电是“货币”。

2.电是信号。

一、电是“货币”

在能量家族的角色定位中,能量只是电能的低级角色,它更高级的角色是充当能源的“一般等价物”。换言之,虽然电能本身是一种能源,但就其地位而言,更多则相当于能源的“货币”。

无论西方经济学还是马克思主义政治经济学,货币的历史地位都是不可撼动的。想象一下:货币改变了物物交换的低级模式,使得商品交易效率极大提高,从而给商业发展带来了质变,把类比层次提高一点,这一点是不是和能源转换过程中,电力承担的角色很像呢?——电力让大家在想使用任何形式能源时,统统使用电力来转换,从而极大地提高了能源使用的社会效率,使得整个世界的能源转换处于一个高效率运作的状态下,最终提高了生产效率。举个简单例子:做饭、冬天洗澡,洗衣服等事情,大家第一反应就是:“有电没?”而不是分别问:“有矿没?”,“有太阳没?”,“有风没?” 。

这里有人可能会说:那是因为洗衣、做饭的设备只能用电嘛,这是能量源头的唯一性,而不是电的“一般等价”属性。在这里我可以告诉大家这肯定是错的:

1.做饭是可以不用电的,烧煤就行了,过去几千年都这么过的。

2.洗衣服也可以不用电,风力洗衣机是可以存在的,而且在理论上可以做到和现有的机电设备在功能上没有区别,但设备本身会变得非常弱智。如何描述这个问题呢,类似于:缺少了制作防弹衣的高级材料,于是你披着50公斤的钢铁外衣上了战场,显而易见,防弹效果不是核心问题,问题在于你行军打仗的效率会变得很低。

3.甚至更为冷僻的制冷效果,没有了电力依然也是可以实现的,因为化学制冷方法也很多,譬如你女票想吃冰淇淋的时候,你可以掏出祖传的氢氧化钡和氯化铵,虽然用他们做冰淇淋毫无问题,但如果工艺太粗糙,做出来的冰淇淋恐怕会有点屁味,久而久之你女票容易天天想屁吃。

4.其他例子,略。

综上所述:没有电力绝不会对人类的生存造成毁灭性打击,但是失去了电力这个中间衔接层,社会效率会严重退步,正如没有货币一样:你和女票依然可以快快乐乐的去旅游,但是住快捷酒店你得拎着8只鸡,住希尔顿你得牵着2头牛,这到底是一种怎样体验只能留给勇士们自己体会了……

二、电是信号

很多人一提到电就把电当能源,认为这是电的最主要作用,其实这是不全面的,甚至来说这是不正确的,除了能源,电更重要的作用是信号,尤其在当今这个信息时代,电力的信号属性越来越重要,寻常如电脑、电视机、电话,高端如芯片中的电路,这都和能源没啥关系,而是利用电力的信号属性。

同样,失去电信号会不会让带有计算功能的机器永远消失在人类文明中?我想应该也不会,譬如算盘这样的纯机械计算工具至少在人类历史上是存在的,而这条路的终极形态在哪里,我的脑洞是开不动了,留给大家自己去想吧,毕竟“我是谁”“我在哪”“我要去哪里”这类问题,我是最不擅长思考的。

最后友情提醒:

对于电专业人员而言,经常想这些问题不是什么坏事,但很可能也不是什么好事:因为它暗示你很有可能入错了行,相比学习电气工程,哲学或者经济学或许更合适——如果你在爬电线杆钻电缆槽的时候总是这样思考人类和哲学,而罔顾周围的高压带电设备,等待你的终究只有deep dark fantasy。

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不可替代,除非查克拉被制造出来。

电能的物理性质太完美了,仅有的缺点才让它更加完美。

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