特寫

太陽能超人:小巧就是迷人

原文︰許如藝教授

許如藝是亞利桑那州立大學榮休教授、Monarch Power 公司行政總裁,人稱「太陽能超人」。從2010 年開始,他在水、能源、食品、資訊及交通五個領域登記了十餘個專利註冊,並將自己這一籃子的發明稱之為「We-fit」。許教授於2016 年7月為香港城市大學高等研究院題為《作為智慧城市的香港》的主題講座,擔任嘉賓講員。

想像一下,我們每個人都能隨時隨地擁有自己所需的能源,毋需再依賴發電廠或者輸電網。自E.F. 舒馬赫1首創的「小規模中間技術」概念誕生四十年後,小巧不僅是美,更是萬眾矚目!

我提倡的個人能源是一種基本概念的轉換,目標是顛覆湯瑪斯.愛迪生的集中發電和輸電模式。而未來的能源,從採集、儲存、轉化到使用都會在原地進行。

我們再也不能繼續糟蹋地球了。基本能源應該採用可再生的,化石燃料只作為備用能源。讓我們敢於謀大事,並朝着「小」的方向進發。

" 如果你在解決能源挑戰問題上有某些聽起來很瘋狂的想法,那你就是這個世界所需要的人 — 比爾.蓋茨 "

比爾.蓋茨的挑戰

比爾.蓋茨在2016 年度致辭中曾說,他在為解決世界的能源和環境問題尋找奇跡:

「所說的『奇跡』,並非指望遙不可及、從天而降的辦法,而是人類曾經親歷過的那種奇跡。個人電腦、互聯網、骨髓灰質炎疫苗,無一不是奇跡。但這些並非亂打亂撞的結果,而是人類發揮創新能力所得的研發成果。」

「然而,當前的問題是,我們的時間不多。排入大氣層的二氧化碳每日俱增,氣候變化愈來愈糟。我們需要投入大量精力,研究成百上千的構思——甚至包括那些聽起來有些瘋狂的想法,如果我們希望在本世紀末達到零排放目標的話。」

個人能源

過去五年間,我研究過液流電池、太陽能燃料、太陽熱能。開發太陽熱能的關鍵在於我發明的太陽能與天然氣混合渦輪機。這個發明的特質可用十個形容詞概括:智慧、小巧、簡單、可擴性、低廉、強勁、安靜、安全、存儲,以及時尚有型。我相信,這個渦輪機就是開啟個人能源與智慧環境新產業的鑰匙。

個人能源,就是以分散式發電的新模式取代十九世紀末肇始的集中式發電的舊有模式。在個人化的新模式下,能源的產生、儲存、轉化及使用等方面的成本將會降低,功能亦會增多,並且具備可移動化的特點。個人化能源裝置將熱能同時用於發電、製熱或製冷,還可以用作海水淡化、食品生產和電能車等運輸工具。

這種嶄新技術將透過低成本的We-fit 帶給世界各地的人,無論是身處非洲、印度還是中國。

第四次工業革命

第一次工業革命,瓦特的蒸汽機為生產力帶來大躍進。第二次工業革命,愛迪生和特斯拉的突破性工作讓電力得以通過電網傳輸。第三次工業革命,讓每18 個月電子線路性能倍增的摩爾定律預言得以實現,並開啟了資訊時代。現在,我們將親歷第四次工業革命,由中央電力重新回到個人能源模式。

如何變化?要在「小」字之上稍動腦筋。電力以小規模運作效果更佳,並能以此帶來生產力的大爆發。展望未來,工業規模的機械設備未來會降低到個人規模,並不再依賴電力網。人類在個體規模上擁有大能量絕非遙不可及。生活必需的五個領域都將走向個人化:在我近期著作的《能源怎麼了》2一書中,我對We-fit 所涵蓋的水、能源、食品、資訊和交通這五大領域均提出了規劃。

" 我熱切希望世人皆能擁有舒適而可持續的生活方式 "

太陽能與天然氣混合渦輪機

太陽能與天然氣混合渦輪機是一個核心創新。我曾問自己:渦輪機以怎樣的方式運轉最自然?我從颶風及其生成的漩渦——這是最強勁、同時也最具破壞力的自然現象——找到了靈感。

新一代渦輪機在數學模型上與颶風漩渦非常相似。氣體由內推向外,其半徑在這個過程中呈幾何級放大。傳統渦輪機的葉片會對氣體構成阻礙:壓縮機產生的高壓熱氣推動葉片旋轉,但這種衝擊也會導致發熱,繼而降低效率。透過以動力學運算解決了氣流和渦輪機的功率問題,成功實現了將渦輪機的四個關鍵部件——渦輪、壓縮機、發電機、馬達——小型化。結果如何?系統效率成功提升至50% 以上。與之相比,超大型氣流渦輪機的效率只有40-50%,而太陽能電池板的效率更不到20%。

這種渦輪機可適應各種不同文化的需要。在美國的汽車文化中,這意味著混合動力汽車是關鍵之所在。用於汽車上的馬達和發電機可成為發電中心,為家庭提供熱力和交流電。解決方案可以視乎不同情況伸縮擴展。我的螢火蟲三重(Firefly Trigen) 渦輪機系列將包括五種規格:100W 供個人使用、1kW 供房間或小型辦公室使用、10kW 供家庭使用、100kW 供小型企業使用,1000kW 則供大型企業和社區使用。

應急備用

美國東岸經常受到自然災害侵襲,導致輸電網癱瘓。然而,採用可製熱製冷的渦輪技術並行發電是解決應急備用問題的答案。目前大量的天然氣被白白燒掉,實屬浪費。我認為不好好利用天然氣發電是一種罪過。天然氣儲量豐富、安全可靠——就是遇到像颶風這樣的自然災害,一般也損害不到輸氣管道。

智慧能源所探討的就是個人能源、分散式能源以及用戶主導的應用程式,要易於上手、可移動、無所不在。這是應對緊急狀態、醫療、交通、通訊和環境控制等方面作出的整全而有效的方法。

對於美國,我有著更為宏大的抱負。我的目標是從像亞利桑那州那樣擁有豐富太陽能的州份開始,以當地出產的低廉能源進入市場,徹底扭轉現有狀況。智慧能源是未來的不二選擇,而電力公司只在提供備用發電時才派上用場。

能源正義

這種新技術會成為全球氣候及能源正義運動的開路先鋒。為什麼歐洲、美國和中國的公司可以壟斷非洲的化石燃料?我認為在非洲建設化石燃料驅動的電力網是不切實際的,不僅效率低,在遠離政府管控的地區,因盜電而引致的能源流失問題亦不容忽視,例如在博科聖地所控制的尼日利亞東北部地區,能源供應便極為匱缺。由此可見,將推動能源技術達到個人使用的水平是開創未來的關鍵。正如我的座右銘所言:要創造民有、民享、民治的太陽能。

正如歷史上曾經有過一段時期傳教佈道非常活躍,21 世紀也會出現正義大使在全球遊走的景象——世界各地的年輕人擔當使者宣揚社會正義和氣候正義。這是社會正義,因為無論生活在何處,人們都需要獲得電力供應,都需要有人為他們提供能源動力。因此,我的另一個座右銘就是——「讓我們過上可持續的舒適生活」。

受渦狀星系的啓發,許如藝教授研製出他獨創的螺旋形渦輪機

社會企業家

我對下一代寄予厚望,因為他們許多人所嚮往的未來是超越政治和金錢層面。我不知道他們喝茶時會加些什麼,但年輕人的理想是廣惠人群!

我願意出力扶持下一代,讓他們想得更遠、成就更大的事,諸如為他們安排任重道遠的旅程,將食水和能源的革命性技術帶給非洲人民。

在香港,我期望與城市大學商學院合作,並把握機會,開展社會企業。這計劃需要非洲(如尼日利亞和坦桑尼亞)具有影響力人士的參與,讓學生走進社區,理解社區的需要,並與當地電力公司一起幫助社區建立太陽能和天然氣能源的基礎設施。他們會全面地了解社區對水、環境控制、食品、資訊和交通方面的要求。

經商助人,而非僅為賺得盆盈缽滿——這是一種高尚的理想。不管怎麽說,行善的形式並沒有固定的規格。

  1. ^Schumacher, E. F. (1973). Small is beautiful: Economics as if people mattered. New York: Harper and Row https://www.gatesnotes.com/2016-Annual-Letter
  2. ^What's the Matter with Energy, Free Download: https://www.google.com/fusiontables/DataSource?docid=1l6QdahYJ94jQtmbuY_Yu35VEOpsc5Zj2uikIEl7X#rows:id=1