非可燃性资源如何储运？

太阳能

太阳能在太阳的电磁辐射中，以较窄的光谱范围到达地球表面（见图3.2）。由于现有技术（及科学理解）认为电磁辐射是能量流，因此，如果不转换成其他形式就无法储存。被看做是能量包的光子能以多种方式同物质发生相互反应，它们可以撞击核子，使其产生更快的振动，进而使物质生热，以这种方式加热的空气就产生了风。光子还可以和电子发生反应，向电子施加能量，如果是硅和其他半导体，则外围的电子价基本上为全价，不易流动，但如果电子从光子接收了1.1电子伏特以上的值，则电子就会跳出价电子轨道进入导电带，产生电流。图3.3给出了太阳能启动电子流的过程，光电系统就是利用了这一原理将入射的太阳辐射即时转换成电能（注14）。

图3.2　电磁光谱资料来源：Jack Kraushaar and Robert Ristinen， Energy and Problems of a Technical Society， p. 149.到达地球表面的太阳辐射集中于可见光谱部分，其中大部分又从地球表面以红外光谱的形式再次放射出来

图3.3　电子能带资料来源： Jack Kraushaar，Robert Ristinen， Energy and Problems of a Technical Society， p. 176.光子向价电子施加了恰到好处的能量，电子进入导电带，电子流产生电流存储

太阳辐射与植物中的叶绿素和其他色素相互作用，使能量流转换成化学能，存储在进行光合作用的植物组织中，以及以这些植物为食物的动物身体中。一般情况下，穿过电子云的光能向电子施加足够的能量，使电子充分移动，结合成高能分子，这是一种非常有效的储存过程，这种储存过程不仅生产出地球上所有的生物燃料能量，而且经过世世代代的变迁，还储存了所有的化石燃料能量。这种天然的存储过程是人工光合作用无法比拟的，但以化学能形式进行储存具有强制性，且因传输过程中没有损失，故可无限存储。

即使是用于居室取暖的被动太阳能应用，也能达到白天储存热量、夜晚释放热量的效果。最简单的应用方法可在玻璃窗对面放置一大块暗墙，因为颜色暗，所以不反射光谱的可见光部分（可见光谱占太阳辐射的大部分），而是吸收了大量的太阳能，吸收的太阳能存储在墙体材料的焓中。如果用被动太阳能取暖，存储墙一般都是涂黑的木墙或石墙，当周围温度降到储存物质温度以下时，墙体就向外散发出热量，保持一种更为恒定的温度。

该技术的一个变化形式是特朗布墙[Trombe，以其发明者菲力克斯·特朗布（Felix Trombe）博士的名字命名］，具体内容是将大面积的黑色墙体置于玻璃墙后，二者相对距离较近，均位于朝南曝光位置，黑色墙体上有通风孔，可使对流空气通过。大气温度较低时，顶部和底部的通风孔都打开，暖空气通过顶部通风孔进入居室，冷空气通过底部通风孔进入墙体与玻璃墙之间的空间按受太阳加热，日落后，通风孔关闭，墙体中存储的热量可向居室内散发（部分热量不可避免地向南辐射，一部分还会透过玻璃窗外溢）。特朗布墙的一个优点是：夏季，顶部通风孔可关闭，底部通风孔及玻璃墙顶部的一个通风孔都可打开，两墙之间的受热空气上升，通过玻璃墙顶部通风孔排出，它起到了烟囱的作用，等于将北面的窗子打开，让凉空气进入居室，替换屋内从底部通风孔排出的空气。试验表明，朝向正南的房子，加上特朗布墙，冬季太阳能取暖效果达100%，问题是夏季会出现热量积累，需加强通风（注15）。如各方面因素比较适合，特朗布墙的造价不贵，只比砌一堵朝南的石墙外覆温室膜贵一点点。特朗布墙看起来只是一堵光秃秃的、刻板的墙，审美问题可能是最主要的限制因素。

还有一种更为有效的储热方法利用了物理相态变化。当固体溶化或液体气化时，需要大量的能；相反，气体冷凝成低能量液态或液体冻结变成更低能量固态时，也会释放出大量的能。这样，如果大面积的暗色物体中含有一种固体，其熔点接近室温，则该固体吸收太阳辐射后就会融化，当它（在室温下）再次变为固态时，就会将相态变化阶段存储的能量释放到室内。芒硝（硫酸钠＋水合物）是这些材料中最为有效的一种，其熔点为93华氏度，融化热量（固体转换成液体或反向转换所需的热量）为100英热单位／磅，大大超过了单位重量（或体积）水的热容量（注16）。该技术最简单的方法是在室内放一只装满芒硝的黑色桶，其放置位置应能使其接收大量的冬日阳光，桶吸收光热，桶内芒硝存热，当温度开始下降时，芒硝就把储存的热散发出来。不过居室内摆一只黑桶有碍观瞻，可努力把桶改成具有装饰特点的摆设，一个解决办法是采用黑色空心柱，里面装满所选材料；另外，经过较长时间以后，芒硝或其他相态变化材料会降解，无法重新结晶。

运输

太阳能可以用来产蒸汽（或使其他挥发性液体气化），驱动透平，将能量转换成电，这一过程被称为热电转换（STEC）。电是STEC和光电应用过程中产生的能量载体，STEC的优点是：由于发电过程中采用透平，故可直接产生交流电。交流电可传输至几英里以外，而光电电池产生的直流电无法长距离传输。

介质流体（水或空气）分子吸收的热可短距离传输。和探讨地热资源时详细讨论的那样，传热过程中，热扩散不可避免，振动的高温分子接触管线或其他密封装置材质，将其热量传给该材质，该材质又将新获得的热量扩散到周围，将载热流体的热量传走。因此，当所需要能量为热量时，只能在很短距离内有效传输。

用太阳能给水加热是收集太阳能热量的一种应用形式，可短距离输送到储存点，再短距离输送到需要的热水水龙头处。为了达到这一目的，大部分太阳能热水系统都采用了电动泵，泵将水打入储罐或加热器内，这一过程中，水流经太阳能收集板，泵消耗的能量远低于常规的水加热炉，但这种应用耗电产生一定费用。

意识到这一成本效率问题后，研究人员设计了一种不带泵的水循环系统。水受热后，会稍稍膨胀，以此来带动循环，这一工艺被称为热虹吸现象，即将储罐置于集热盘管之上，可以不用泵就使水循环。这些系统有自定的能量周期，因此均属于被动太阳能应用系统。

风力

风，即流动空气的动能，可以以其原始形式储运，人们将风的动能集于一点来做功已有几百年的历史，现代应用也极有潜力。如果对这部分能量加以储存和输送，一般是先将其转换成多功能载体——电，然后再对电进行储存和输送。

多数乡间风力泵系统都包括能量储存部分，泵将水打入储罐，这一过程向水施加了动能，在水抽出之前，动能又作为势能储存。储存的能量表现为水龙头处的压力，这样就可在水罐出口处放置一个透平利用水中的动能。利用水储存风力而产生动力的储存原理目前正日益受到关注。

水动力

水的动能就像风力一样，可直接用来做功如水磨。由于水的流动包含了势能转换成动能的过程，那么就可以用水坝将有一定落差的水拦住，这其实就是把水的势能集中并储存起来。这种储存过程的效率在热动力学允许的范围内几近完美，但需要储存的水量大，需要容纳这一大部分水的地表面积会对环保产生一些不利影响，具有环保破坏性的大坝尤为如此。大型水坝因为储水能力强，动力强度大，其规模效益好，由于成本可分摊到巨大的发电量中，故生产的电力价格低廉。很明显，大型水坝可存储大量的水和更多的势能，同理，较高的大坝和较深的水库可更为迅速地产出更多的能量。

可以假定通过开凿河流的方式将这部分能量输送到消耗点。但是，开凿一定规模的河流是一项庞大的工程，对环境造成的影响非同小可，因此，将这种能量传送给消费者之前还是需要转换成电。

潮汐资源的开发与常规的河流水力资源的开发相同，但波浪的动力不同于用大坝储存的势能，这两种海洋动力（潮汐和波浪）的储存均与7力的势能储存不同，波浪的强度虽然随时间变化所不同，但它有连续性，潮汐能量则呈有规律的间歇性，确实需要短时的储存来消除这种间歇性。

水力发电也可以作为二次能量载体来储存。间歇性能源的额外动力（如太阳能或风能）可以用来驱动泵，将水打入水库或高架罐，有效地将剩余动力作为势能储存起来。同理，非高峰时间产出的能量，其多余部分也可以储存起来备用，需求量达到高峰或一次能量不够用时，就可以让水再向下流过透平发电，这种系统的净效率可高达64%，如果是商业规模的应用，就必须建两个大水库，二者之间要有充分高差。目前规模最大的这种设施在密执安州的路丁顿（Luddington），该项目在海拔高于密执安湖250英尺处建了一座大人工湖，非高峰期时，将密执安（Michigan）的湖水打入人工湖中，高峰期需要更多动力时，使这部分水就经透平再流回密执安湖，可生产2000兆瓦的能量，其最高储存能力可达15000兆瓦小时。目前还有几处正在建的地下蓄水库，以达到同样目的（注16，原书有两处注16），这些项目由于地形的原因，成本是很严重的制约因素。

地热

顾名思义，地热能量的表现形式就是热，要想有效地储运非常困难。确实，该能量形式有一个很大的限制因素，热量一般从高温处向低温处流动，这样，传输介质不可避免地将热量向周围扩散，隔热措施也只是材质散热速度慢而已，就像把稻草垫在漏水的桶底部——它可以放慢损失速度，但无法消除损失，所以，用稻草补过的水桶还需要快速移动才行。即使在井简内，生产初期产出的蒸汽或水也会向井简周围扩散大量的热，造成热损失，一段时间之后，井简周围岩石热量累积，热损失大大降低。将热流体输送到发电机地面管网的过程中热损失更为严重，且不会随时间的推进而有所好转，蒸汽管线周围的空气流动，迅速将热量带走，持续较高的温差，又加剧了热损失。

如前所述，管线热膨胀与热损失是需要同样关注的问题。地热蒸汽使钢受热，造成井口膨胀，高出地面，同样也使得井口到电厂的蒸汽管线产生膨胀。如果生产管线为两端固定的直管线，则膨胀后就会弯曲，因此，地面管网施工时，一定要留出膨胀余地，采用膨胀圈或者采用平口管。膨胀圈是预制成环形的管节，形状类似于过山车轨道，出现热膨胀时，环形管两端的管趋于聚到一起，使回路增大；平口管也是一种管节，两端的连接处均旋转90°，管节连接的一端是母螺纹接箍（螺纹在内侧），另一端是公螺纹接箍（螺纹在外），管节连接时，母螺纹接头（凸起端）与公螺纹接头（凹陷端）实行螺纹连接，使连接的两端紧密结合，这种连接密封性好，连接的两根管相互又可转动。平口管连接时，由于管端弯曲90°，膨胀时连接的两根管节呈剪刀式移动，一组这样的管连接就形成了平口管连接（蚱蜢腿连接），管膨胀时，管支架部分一起弯曲。很明显，无论采用哪种膨胀连接形式，膨胀时，管线的管体都要能前后移动。专门设计的管线还采取了隔热措施，降低热损失。所有这些设计都增加了管线成本，目的都是为了降低传输过程中不可避免的能量损失，因此，蒸汽的传输距离都不是太远。

利用地热的目标是尽可能在近井地带将热量转换成电能，然后像利用其他非可燃资源一样，以电的形式传送给消费者。

核动力

就像可燃资源一样，裂变物质也可以通过简单的机械方法集输。储存过程中，自然放射性衰变会引起损失，同样不稳定的核子使物质发生裂变，造成放射性衰变趋于变成稳定的核质量和核配置。衰变本身呈指数特点，用半衰期计量，半衰期就是一种同位素的一半衰变成其下一等级所需的时间。铀235这种天然放射性元素，其裂变同位素的半衰期超过70万年，所以存储过程中的损失可忽略不计，只占年存储量的十万分之一。

要想提高效率，就需要在铀矿现场或附近处理矿石，因为只有少部分的纯铀含有裂变同位素，如果运送含有杂质的铀矿石，会耗费大量的能量。因此，就像前一章所描述的那样，一般都是在铀矿现场对矿石提纯并富化，富化的热产品被装入铅衬容器，每个容器都要小心地固定好，以防发生自发连锁反应。

大型兆瓦核裂变反应堆年耗燃料量仅为5000吨，故总的运输成本远低于其他常规的化学可燃燃料。比如，当量兆瓦发电站年燃煤量超过200万吨，足可装满200辆运煤专列，每周要有4趟运煤专列到达该电厂（假设该电厂以其发电能力70%的平均水平运行）（注17）。

利用核动力的每一步都涉及环保和健康问题。普遍的观点认为放射性极其致命，因此要采取超常的预防措施防止存储及运输的放射性物质发生泄漏。放射性物质必须装在辐射无法穿透的密封容器中，就像腐蚀性化学物质所用的容器一样，确实，高强度辐射非常危险，需要像搬运剧毒化学品那样小心。

核动力必须用于和平的发电用途。

Trim的作用

原本在机械硬盘上，写入数据时，Windows会通知硬盘先将以前的擦除，再将新的数据写入到磁盘中。而在删除数据时，Windows只会在此处做个标记，说明这里应该是没有东西了，等到真正要写入数据时再来真正删除，并且做标记这个动作会保留在磁盘缓存中，等到磁盘空闲时再执行。

这样一来，磁盘需要更多的时间来执行以上 *** 作，速度当然会慢下来。

而当Windows识别到SSD并确认SSD支持Trim后，在删除数据时，会不向硬盘通知删除指令，只使用Volume Bitmap来记住这里的数据已经删除。Volume Bitmap只是一个磁盘快照，其建立速度比直接读写硬盘去标记删除区域要快得多。这一步就已经省下一大笔时间了。然后再是写入数据的时候，由于NAND闪存保存数据是纯粹的数字形式，因此可以直接根据Volume Bitmap的情况，向快照中已删除的区块写入新的数据，而不用花时间去擦除原本的数据。

以上就是Trim的原理以及真正作用。

注意：如果SSD组RAID0后，将失去Trim功能

这个功能一个大的特点就是：回收闲置的SSD数据块

Objective Analysis的SSD分析师Jim Handy这样形容到（Objective Analysis是一家半导体市场研究公司）：

TRIM指令让 *** 作系统可以告诉固态驱动器哪些数据块是不会再使用的；否则SSD控制器不知道可以回收这些闲置数据块。

Handy表示："TRIM对SSD是个福音。"

他认为TRIM的简约性将极大减少写入负担，同时允许SSD更好地在后台预删除闲置的数据块，以便让这些数据块可以更快地预备新的写入。

SandForce首席技术官Radoslav Danilak表示，值得注意的是OS（ *** 作系统）的角色。

Danilak表示："SSD知道哪些过期数据可以删除和回收，但是它不知道 *** 作系统已经决定删除哪些数据，直到 *** 作系统为了新的信息而重新使用逻辑块地址（LBA）。"

Danilak表示："TRIM这种指令的优点便是它可以同时透过过期数据和OS删除的数据来访问LBA，从而推动性能的改善。TRIM唯一的缺点便是如果它在SSD固件中没有得到很好的实施，那么它的 *** 作有可能会阻碍正常的驱动器 *** 作。"

STEC负责SSD技术营销的高级经理Scott Shadley认为，如果TRIM可以让SSD完全忽略一个LBA范围的数据，那么这是一件好事，但是这种结果也有可能没有什么用处。

对Shadley来说，真正的问题是，如果损耗平衡技术（wear leveling ）在运作，那么LBA范围并不一定反映SSD闪存的物理地址序列。

Shadley表示："这意味着SSD还是要面临如何将数据迁移到设备内部真正空余空间的问题。"

Shadley表示："如果那个LBA范围反映的是整个介质上的页面，那么实际上就没有空余的块或最小的可擦写的单位。这会带来更加复杂的损耗平衡过程，从而进一步加重写入负担。TRIM只适合于那些损耗平衡过程实际上并未有效节约或延长驱动器性能或寿命的SSD。"

开关Trim后的写入速度对比

举个例子，假如一个128KB大小的区块内存放着一个128KB的文件，如果文件被删除并执行Trim *** 作，固态硬盘就可以避免把这个区块中的字节与对此区块的后续写入所需的其它字节相混合，这能大大减轻固态硬盘的“磨损”。

在Windows 7里，Trim请求不仅限于删除 *** 作，也于分区和卷级别命令、文件系统命令、系统还原功能完全整合。

win7下Trim启用的验证方法

其实Windows 7默认状态下Trim指令是开启的，如果想查询目前的Trim指令状态，我们可以在管理员权限下，进入命令提示符界面，输入“fsutil behavior QUERY DisableDeleteNotify”，之后会得到相关查询状态的反馈。在这里，提示为“DisableDeleteNotify = 0”即Trim指令已启用；提示为“DisableDeleteNotify = 1”即为Trim指令未启用。

并不是 *** 作系统提供Trim指令支持，所有SSD都能享受到Trim技术所带来的好处，这还需要固态硬盘的固件支持才能实现。一些主要的固态硬盘主控芯片厂商已经提供了支持Trim的固件(例如英特尔"X25-M G2")，不过也有厂商开发出不依赖 *** 作系统的垃圾回收技术，通过回收不再使用的闪存区块加入负载平衡算法，防止固态硬盘在长期使用后速度下滑，并延长闪存使用寿命，过程完全在固态硬盘内部完成。

有关固态硬盘（SSD）还有很多其他的相关问题，毕竟目前来说固态硬盘不太容易普及应用，只能适合用来做一些高速系统启动盘，或者专门的软件安装盘来达到高速的效果，应用上仍然存在很多的疑问。

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