科学思维-------发电全都用太阳能可行吗？
目前来看，人类最理想的能源就是太阳能，因为发电过程中造成的直接污染最小，而且太阳在人类有生之年都还是稳定燃烧的。但理想和现实总是有差距，比如中国火力发电占比74%，水电占比18%，太阳能是1%，但如果我们把管理国家当做一场帝国时代的电脑游戏的话，现在我有一个想法：
就是我想看看能不能把中国的供电全都改成太阳能？
这是一个思维游戏，你跟着我一路走下来，就可以领略一下一个科学的思考方式，叫做—— 近似计算 。
游戏嘛，能不能实现还要看钱够不够用，我们就得算算花费。
现在，全国发电的装机总容量16.5亿千瓦，太阳能光电系统整套包括发电，传输，存储，还有保护装置等等算下来，每瓦花费大约是35块钱。
所以，都换成太阳能供电，需要58万亿人民币。去年中国GDP总量是74万亿。这件事如果是国家想掏钱做的，去年中央财政预算是7万亿人民币，但不能所有预算都干这一件事，国防、医疗、教育、科研等等都需要钱。
所以能腾挪出其中10%就算是极限的极限了，所以这么一算，大概需要80年的时间才能负担得起。但是这80年里一定是全国人民勒紧裤腰带的状态。
而实际上，真实情况是连1%都很难拿得出来，因为咱们国家每年中央财政支出都是略微高于预算的，比如去年的支出是8.6万亿，收入才7万亿，还有1.6万亿要借债。所以在这件事上指着让国家掏钱做，800年也难。只能在商业规律中，自由买卖中达成。
好，那咱们现在进入另一个游戏环节，就是太阳能供电系统的经费不存在任何问题，现在就要施工找地方，花时间把它铺设好。
这件事能不能完成呢？首先咱们来看中国的总用电量是多少？
总装机总容量16.5亿千瓦不变，然后咱们再找阳光如果照在1平米的地表之上。
这部分的光产生的功率是多少呢？
这个数值咱们曾经在去年的节目里聊太阳的故事时仔仔细细地说过。
阳光充足，万里无云，7月的下午3点，广州市市中心，大约是每平方米600瓦。但是全年这种充足的阳光最大值不是时时刻刻都存在，像阴天下雨，日出日落，春夏秋冬，阳光的功率也会更低。所以我们把这些因素全都考虑进去，把600瓦除以3，用200瓦代替平均值，就好像全年365天，每天24小时，阳光一刻不停地以200瓦功率把能量传输到地表。
然后我们再用太阳能光电板去接收，把它从光变成电。能量形式一变，必然就涉及到能量转换效率的问题，现在实验室中把光变成电的世界纪录是45%，但实际施工是用不起的，所以我们按市售一般产品的转换效率算，是20%。
所以地表附近的太阳能板年平均发电功率，一平米就是40瓦。然后用装机总容量一除，总共需要4万平方公里的太阳能光电板。
这是多大一片面积呢？
就是边长为200公里的这么一个正方形的面积。
太阳能电池板面积
我把这片区域放在新疆，上图中白色的小方块，一个方块就代表4万平方公里。
但为什么放了2块呢？
因为这种设备安装总需要一定空间，不可能全部面积都是光电板，所以我留出多一倍的面积，作为整套系统的占地面积。
也就是说，咱们国家只要腾出这么两大块地方就足够了。
但其实这种方案是不妥的，因为设备的升级维护经常需要人，全国所有发电都放在吐鲁番盆地，修得好修不好另说，去那个无人区，生命都难以保障。
而且如果战争开打，敌人造成全国瘫痪的毁灭性攻击也太容易了，所以咱还是想个其他办法。
比如把它安装在高速公路的沿途，和高速公路的路面面积一样，咱们再建一条太阳能高速。
这样是否可行呢？
那又要查数据了。
全国高速公路总里程13万公里，咱们国家公路工程技术标准里，120公里时速的8车道，路基是42-45米，咱们建太阳能高速路索性再宽些，50米。
沿途铺好，面积一算就是0.65万平方公里，大约可以满足全国用电需求的1/3，所以还是差了一大截，那只好把剩下的往国道，省道上铺设了。
通过这一段太阳能电池供电方案的估算，大家能感受到其中的思路了吧？
这就是近似计算。
最初我们离问题的答案很远，不太可能得到一个可靠的答案，但我们抓住几个重要环节做2-3步的估算，结果就会浮出水面，而且你得到的数据和真实情况说不定很接近。
费米与近似计算
这个方法其实是意大利物理学家恩里克·费米提倡的，当年他就鼓励自己的研究生用近似计算作出各种合理的猜测，而且费米在物理学家圈里干近似计算是非常出名的。
最著名的就是在他主要领导的曼哈顿原子弹计划中，第一颗试爆的原子弹扔到了内华达州的沙漠里，原子弹虽然是他亲手研发的，但具体能炸成什么效果谁都说不好，只能炸完了再看。
费米当时就在原子弹试爆现场附近，他就迫切地想快点知道这次试爆到底能释放出多少能量？
于是，就在见到爆炸闪光后不久，他向空中撒了一把事先准备好的碎纸片，纸片还在空中飘飘零零的时候，爆炸的冲击波就到了，一下把纸片全都卷走了，费米追着纸片跑了几步，记录下纸片飞出去的距离，然后根据这些纸片落在地面的中心点这个位置，做了各种动力学的估算，只用了几分钟就脱口而出，说这次原子弹爆炸的威力相当于一万吨 TNT 当量的爆炸。
爆炸规模的具体测算结果几天后公布了，是2万吨 TNT 当量，可能各位觉得还差一倍呢，不太准。
但这和猜人的身高是完全不同的事，我随便说一个人，刘承泽，身高多少？
你一听不认识，非要猜，那就猜1米7，因为这个结果顶多也就是40%的误差，因为谁都是一人来高。
但是原子弹爆炸那可是20公斤的临界质量的爆炸，如果这20公斤全都通过 E=MC² 的公式来计算，真这么释放出去，它理论上的最大值会是2万吨 TNT 当量的几亿倍，所以费米能通过抛洒纸片估算到误差只有1倍，精确度已经令人瞠目结舌了。
费米也是一个脑子根本停不下来的人，因为长期研究放射性物质，50多岁就得了胃癌，他的好朋友也是物理学家塞格雷去芝加哥的医院看望他。
当时费米刚刚做过胃部分的切除手术，塞格雷远远地看到，病床上的费米，一手握着怀表，眼睛一会儿看一眼吊瓶，一会儿看一下怀表，塞格雷知道，这个脑子永远也停不下的费米，正在估算点滴液体的流速。
今天我们讲解的科学思维，就是这个近似计算。
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