與100多年以前相比，現(xiàn)今的世界已經(jīng)出現(xiàn)了翻天覆地的變化，但有一點(diǎn)仍舊與100多年以前沒(méi)有區(qū)別，那就是獲取電能的方式。

無(wú)論是傳統(tǒng)的火力發(fā)電，還是現(xiàn)代化的核能發(fā)電，最終都要依靠1884年查理斯·帕森斯發(fā)明的蒸汽輪機(jī)來(lái)將熱能轉(zhuǎn)化為電能。為什么都過(guò)去100多年了，還是要用“燒開(kāi)水”的方式來(lái)發(fā)電呢？難道就沒(méi)有其他的發(fā)電方式嗎？其實(shí)是有的，比如磁流體發(fā)電、溫差驅(qū)動(dòng)發(fā)電、光伏發(fā)電，以及風(fēng)力和水力發(fā)電等等。但這些方法與傳統(tǒng)的“燒開(kāi)水”式發(fā)電相比，都差得太遠(yuǎn)了。

其實(shí)單從發(fā)電效率上來(lái)講，磁流體發(fā)電是要?jiǎng)龠^(guò)燒開(kāi)水的。

所謂磁流體發(fā)電，就是讓2900℃的等離子體以每秒1千米的速度穿越特斯拉級(jí)強(qiáng)磁場(chǎng)，此時(shí)正負(fù)離子會(huì)在洛倫茲力的作用下分別撞向兩側(cè)電極，從而直接產(chǎn)生直流電。如果你對(duì)這個(gè)表述感到困惑，可以設(shè)想一下將火箭尾部高速?lài)娚涠龅奈惭嬷苯幼優(yōu)殡娏鞯那樾?。因?yàn)楹?jiǎn)化了從熱能到電能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，所以磁流體發(fā)電效率可以達(dá)到60%，顯著超過(guò)了燒開(kāi)水形式的40%。

磁流體發(fā)電效率這么高，為什么不大規(guī)模使用呢？

因?yàn)椴荒軉螁沃豢窗l(fā)電效率。想要維持1特斯拉以上的穩(wěn)定磁場(chǎng)需要使用超導(dǎo)線圈，而維持超導(dǎo)狀態(tài)需要使用液氦制冷系統(tǒng)，而其運(yùn)轉(zhuǎn)本身將會(huì)消耗巨大的電能，約占總發(fā)電量的15%。再者，為了提升電離效率，必須添加碳酸鉀一類(lèi)的種子物質(zhì)，而這些物質(zhì)在循環(huán)中會(huì)腐蝕設(shè)備，從而產(chǎn)生較大的成本，也容易發(fā)生泄漏引發(fā)事故。而要說(shuō)安全，溫差驅(qū)動(dòng)的發(fā)電方式可以說(shuō)是非常安全，其原理也十分簡(jiǎn)單。

1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銅絲兩端存在溫差時(shí)，電子就會(huì)從熱端向冷端移動(dòng)，從而形成電流，而溫差驅(qū)動(dòng)發(fā)電正是利用了這一簡(jiǎn)單原理。

現(xiàn)代溫差發(fā)電模塊已經(jīng)能利用200℃的溫差穩(wěn)定產(chǎn)生電力了。不過(guò)溫差驅(qū)動(dòng)發(fā)電的問(wèn)題在于發(fā)電效率很低，即便是使用最好的碲化鉍材料，發(fā)電效率也只有8%。高成本低效率注定了溫差驅(qū)動(dòng)發(fā)電無(wú)法作為日常大規(guī)模發(fā)電方式使用，只能應(yīng)用于一些特殊的情景之下，比如為空間站的艙外設(shè)備供電或在極地科考站使用。

至于光伏發(fā)電，我們就比較熟悉了，因?yàn)樵谖覀兩磉吔?jīng)?？梢钥吹玫?。

光伏發(fā)電雖然是典型的清潔能源，但也有其難以逾越的短板。在地球上我們能夠接收到的太陽(yáng)能量是有限的，所以地表光伏的能流密度最多只能達(dá)到每平米100W，而燃煤鍋爐燒開(kāi)水的方式則可以達(dá)到每平米3000W，差了不是一星半點(diǎn)。再者，光伏板對(duì)工作環(huán)境的要求極高，板子只要每平方米落上一克積塵，發(fā)電效率就會(huì)下降約8.6%，而為了保證光伏板的清潔，維護(hù)成本其實(shí)并不算低。

最后就是風(fēng)力和水力發(fā)電了。這兩種發(fā)電方式的效率其實(shí)還是不錯(cuò)的，比如風(fēng)機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)化率大概可以達(dá)到45%。

不過(guò)它們都屬于靠天吃飯，在每年大部分的時(shí)間里，風(fēng)速其實(shí)都是達(dá)不到經(jīng)濟(jì)發(fā)電閾值的。水力發(fā)電也是如此，很多大型水電站表面上看起來(lái)裝機(jī)容量達(dá)到了幾千萬(wàn)千瓦，但年發(fā)電時(shí)間其實(shí)并不長(zhǎng)，可能只有火力發(fā)電時(shí)間的一半左右。綜上所述，無(wú)論是從成本的角度考慮，還是從安全的角度考慮，又或者在能量密度上，“燒開(kāi)水”的地位目前都是難以取代的。