能源价格高涨，我们继续我们的替代能源月，看看风能。在英国，超过1万个陆上和海上风力涡轮机正在利用微风为我们的家庭供电。但是，这种力量将在我们实现净零排放的使命中发挥多大的作用?我们将参观一个传统的风车，了解人类在历史上是如何利用风力的，了解你可以购买股份的涡轮机，以及新一代的风筝，它们可以捕捉风并将其转化为电能。另外，我们能否通过改进预测来增加能源公司对风能的使用?它的间歇性会阻碍它的广泛采用吗?如果我们继续在近海建造更多这样的大型涡轮机农场，它们的存在会对野生动物产生怎样的影响?
在这一集里
DNA结构的发现:朱比利科学
克里斯·史密斯，裸体科学家金宝搏app最新下载
今年是女王的白金禧年，我们在节目中挑选了过去70年里发生的一些杰出的科学亮点，以此来纪念这一时刻。首先，我们所有人都是遗传自父母基因的产物。它们被写入DNA分子中——长达数百万英里的DNA——几乎塞满了我们所有的细胞。DNA是生命的食谱，因此理解它标志着生物学上最大的突破之一。这是一项改变了世界的英国成就，也是女王统治时期最早的科学亮点之一。克里斯·史密斯讲述了这个故事……
1953年，英国女王伊丽莎白二世登基后不久，两位科学家走进剑桥一家熙熙攘攘的酒吧，一边喝着啤酒，一边宣布他们“发现了生命的秘密”。这家名为Eagle的酒吧现在有一块铜板，记录了弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森在2月28日中午后不久发表这一声明的场合和地点。
尽管当时在场的许多人可能认为这只是吹牛，但这确实是生物学的一个转折点。二人发现的是存在于大多数生物的大多数细胞的心脏或细胞核中的DNA分子的结构。
在DNA的x射线图像的帮助下，罗莎琳德·富兰克林、沃森和克里克制备的晶体弄清了DNA是由什么组成的，以及它们是如何组合在一起的。它由两串字母组成，一串是另一串的镜像，两串字母缠绕在一起形成一个长长的螺旋。
DNA中有四个字母或碱基，被称为A、C、T和G，这些字母的顺序拼出了我们称之为“基因”的单词。这些是所有化学物质、分子和有机体赖以运作的结构的主要配方。令人难以置信的是，同样的密码适用于所有生物，无论是细菌、香蕉还是人。因此，水母的基因可以添加到人类细胞中，使其发出绿光，就像它原来的主人一样。这就是为什么华生和克里克在1953年的午餐时间声称发现了生命的秘密，这是非常正确的。
从那时起，分子生物学的世界爆发了。2002年，正好赶上女王陛下的金禧年，英国桑格中心的一个团队与美国研究人员一起宣布，他们已经破译了人类基因组中的30亿个遗传字母。
从那以后的几年里，技术变得更加强大。在大流行期间，每天都有数百万例COVID检测使用PCR技术寻找冠状病毒的遗传特征来进行诊断。DNA指纹鉴定的过程意味着我们可以让失散多年的亲人团聚，赦免那些没有犯下罪行的人，并抓住那些犯下罪行的罪犯。
现在，在沃森和克里克发表他们的声明70年后，我们正在使用他们解锁的相同科学来编辑DNA，治疗疾病，甚至制作含有额外维生素D的西红柿，正如我们上周听到的那样。我想知道他们是否在几十年前就预见到了这一点?
为什么流行的婴儿名字会繁荣然后萧条
米切尔·纽贝里，密歇根大学
也许你家里最近刚生了孩子?如果是这样的话，这些新父母是否受到了流行趋势的影响?米切尔·纽贝里是密歇根大学的进化生物学家，他向朱莉娅·拉维解释了婴儿名字流行的原因。
米切尔:一旦一个名字在500或100个婴儿中占到一个，人们就真的不想再用它了。如果你看看在任何给定时间点最受欢迎的名字，它们可能是这些繁荣萧条趋势的一部分。所以这些名字比其他名字更受欢迎。
朱莉娅:你刚才提到了，这些繁荣萧条周期是有名字的。这些到底是什么?
米切尔:有些名字，比如布兰妮，在20世纪50年代之前在美国根本不存在。到了1990年，它成为了最流行的名字。大约75%被命名为布兰妮的人出生于1985年至1995年之间。所以这个名字从一个没人听说过的名字变成了最受欢迎的名字。然后这种趋势就像它来的一样快地消失了。
朱莉娅:你认为为什么一旦名字在人群中达到一定的频率，我们就会避开它们?
米奇尔-嗯，也许这就是名字的意义。我们想要证明自己的身份。所以名字的独特性是名字的一部分，我不知道你们是怎么想的，但是我小学的班级里每个班级都有两三个叫杰西卡的人。你知道，也许这很烦人
朱莉娅:这些名字在人群中保持一定的频率吗?
米切尔-是的。所以并不是所有的名字都是繁荣萧条的。有很多是常年受欢迎的，也许是因为它们只是在这个文化剧目中。例如，我们注意到，圣经中的名字往往比其他名字出现得更频繁。
朱莉娅:这也与流行文化中的例子相吻合吗?那么如果一部电影上映了呢?
米切尔-是的。所以，名字确实与流行文化有关。我最喜欢的一个例子是Maverick，它以前甚至没有名字。这是一个姓氏，但在德克萨斯州有一个牧场主拒绝给他的牛打上烙印那些没有烙印的牛变成了小牛队因为它们是叛徒，或者，你知道，这个小牛队的角色，他不是主流。所以它开始指代一种人格类型。然后汤姆·克鲁斯在《壮志凌云》中得到了Maverick这个昵称。在过去30年左右的时间里，Maverick逐渐成为人们给自己孩子起的名字。如今，它在美国最受欢迎的名字中排名第50位。
朱莉娅:哦，我的天哪。我们是否看到，随着社会的发展，随着社交媒体的兴起，我们变得越来越个人主义，我们所有人都被驱使着成为这些个性化的自我。我们是否看到了名字出现频率或唯一性的变化，比如Maverick这个例子，一个不知从哪里冒出来的名字?
米切尔-是的。嗯，我们可以测量出一个名字在人群中真正开始被拒绝的频率，因为它太常见了，在过去的一百年里，这个频率在美国有所下降，但我们实际上也能够显示出人们在开始拒绝一个名字之前对它的常见程度的敏感性。它也发生了变化。因此，人们对一个名字的常见程度比过去更加敏感。
Julia——现在在英国，最受欢迎的女孩名字是Olivia，最受欢迎的男孩名字是Oliver。你觉得他们能在榜首坐多久?
米切尔-这太有趣了，因为我的一个朋友让我咨询他们关于给她的孩子取名的问题。她给了我一份候选名单，其中包括奥利维亚。我在数据库里查了整个名单，发现我的朋友实际上很流行。她给我的所有名字现在都有上升趋势，但它们都有一个奇怪的相似之处，它们在100到120年前也有很大的趋势。所以目前正在发生的一些趋势，就像我说的，如果任何一个名字在任何给定的时间里是最热门的名字，那么它很可能是一种趋势。所以它很可能会过时，就像它流行的方式一样，但这些现在很流行的名字，比如Hazel和Emma，这些名字在一百年前也很流行。所以这些趋势在这些漫长的代际时间尺度上循环往复。
南极的臭氧层空洞:朱比利科学
1985年，莉兹坐上王位33年了。爱尔兰将赢得5个国家的冠军，《Like A virgin》将飙升至排行榜榜首，《超级马里奥兄弟》将进入家庭屏幕。这一年也会有意想不到的发现。它将彻底改变科学，确立20世纪最成功的全球环境政策之一。英国南极调查局的三位研究人员乔·法曼、布莱恩·加德纳和乔纳森·尚克林盯着20多年来的数据。如果他们的记录是正确的，那么自20世纪70年代以来，平流层臭氧水平一直在下降。法曼认为，一种被称为氯氟烃(CFCs)的人造化合物可能是罪魁祸首，这种化合物通常存在于气溶胶和冰箱等冷却设备中。
1987年，氟氯化碳在臭氧消耗中的作用得到了毫无疑问的证实。飞机测量结果显示，南极洲高层大气中氯离子的含量达到了前所未有的水平，氯离子是氯氟烃与臭氧反应的产物。
氟氯化碳含有氟、碳和氯。它们被认为是一个奇妙的发现，不溶于水，不致癌，无毒，不易燃。人们甚至知道它在低层大气中相对不活跃。然而，一旦到达上层大气，即平流层，在紫外线的照射下，氯原子就会脱离，与臭氧分子O3反应，偷走一个氧原子，形成一氧化氯。与松散氧分子的进一步反应有效地使这一过程永无止境，氟氯化碳停留在平流层，不断消耗我们的臭氧层。碰巧的是，南极洲的环境也加剧了这种反应。
一声快速的战斗召唤。到1987年年底，《蒙特利尔议定书》宣布逐步淘汰消耗臭氧层物质。迄今为止，已有197个国家签署了该协定。臭氧水平正在上升，臭氧洞正在慢慢愈合，但我们要到2050年才能看到禁令的全面影响。氯氟烃需要50年才能分解，这个洞很大，最大的时候覆盖了整个南极洲。
小型模块化反应堆:我们的核能未来?
克莱尔·考克希尔，谢菲尔德大学
小型模块化反应堆(Small Modular Reactors，简称smr)被誉为当前能源危机的解决方案之一，旨在填补可再生能源的“缺口”，当替代能源的供应无法依赖时:例如，夜间太阳能发电的损失。其意图是，随着英国最后几座现有核电站下线，它们应该填补缺口，取代英国老化和退役的核电站。那么，新的研究表明，小型反应堆产生的核废料将是现有大型反应堆设计的30倍，这是否有效地搁置了这个概念?克里斯·史密斯采访了谢菲尔德大学研究如何处理核废料的克莱尔·科克希尔，听听她对这个问题的看法。
克莱尔——本周发表的论文林赛·克劳尔和她的同事们在斯坦福大学看了看多少放射性废物是小型模块化反应堆而产生更大的类型的压水式反应堆正在建设世界各地,其中包括在英国欣克利点c,他们所做的是一个评估什么种类的废物会生成的核燃料,而且反应堆组件。他们发现，一个小型模块化反应堆产生的放射性废物是压水堆的30倍，这取决于反应堆的设计。
当你说到压水堆的时候，我们说的是各种各样的东西。我们目前正在部署更多主流的大型核反应堆，我们现在用它来发电。
克莱尔-对，没错。我们目前在Sizewell B有一个，我们正在欣克利角C建造另一个，它们产生大约3千兆瓦的电力。这就像同时煮十万壶水一样*。而小型的模块化反应堆，在现场相对较新，它们要小得多，它们只有100兆瓦的电力。所以这更像是一次煮300壶水。
但是政府在很大程度上支持这个概念。不是吗?监管机构收到了一份来自劳斯莱斯的建议，要求其就如何做到这一点提出一些想法或计划。许多其他公司现在也进入了这个市场，并提出了类似的设计。人们认为这是个好主意。为什么会有这种差异呢?
克莱尔:嗯，smr受欢迎的一个主要原因是它们的大小。它们比这些非常大的压水堆反应堆要小得多，这些反应堆建造起来非常昂贵。我们已经看到欣克利角C反应堆的成本在增加，在整个建设过程中，年复一年，增加了数百万甚至数千万英镑。所以通过建造更小的反应堆，我们可以在英国制造所有组件的优势，我们可以利用这里已经建立的供应链来建造更多经济的反应堆。
Chris -嗯，如果你可以通过smr获得规模经济，那为什么不把它转移到废物处理上呢?
克莱尔:这真是个有趣的问题。这正是Lindsay Crawl和她的合著者在这篇论文中发现的。其中一个主要问题实际上与尺寸有关。如果我们想想核反应堆是如何工作的，我们有铀原子在分裂，它们产生中子，亚原子粒子。这些中子，我们用它们来驱动链式反应。他们继续分裂更多的铀原子。为了使它尽可能有效，我们需要把中子留在反应堆里。但是小的模块反应堆的问题是很难做到，我们得到的是中子泄漏。这意味着这些中子开始与核反应堆内部的结构部件相互作用，并使它们具有放射性。比如，建造反应堆的不锈钢就会变得有放射性。 And that is then when it comes to decommissioning those reactors intermediate level waste that we have to manage and dispose of.
克里斯:相对和绝对的区别在哪里?因为相对而言，是的，它产生的废物是大型发电站的30倍。但是，考虑到这些要小得多，它是否仍然转化为非常少量的浪费?考虑到采用这项技术带来的其他好处，它仍然是一件好事，或者由于这项研究，情况一夜之间变得不那么引人注目了?
我们确实需要一个短期的解决能源危机的办法。小型模块化反应堆有很好的潜力来拯救这里。话虽如此，你知道，与风能和太阳能等其他技术相比，它们不会像我们在这里讨论的那样产生同样的废物。所以我认为这是一种平衡。我们需要考虑我们现在发电需要什么，以及我们对未来产生的后果感到满意。
[*我们认为克莱尔在这里指的是100万左右的水壶，而不是10万:假设一个非常耗电的水壶在240伏电压下消耗15A，那么10万个这样的水壶只会消耗15*240*100,000 = 3.75亿，即0.375吉瓦，而不是3GW。]
试管婴儿:Jubilee Science
我们认为，全世界至少有五千万对夫妇不能自然生育。但对他们中的许多人来说，英国在20世纪70年代开创的另一项突破——实际上是在女王陛下的银婚纪念日前后实现的——给了他们希望，让他们最终成为父母。Julia Ravey报道。
朱莉娅——1978年7月25日，女王在位期间的另一个生物奇迹诞生了……路易丝·布朗，世界上第一个“试管”婴儿。十年前，剑桥大学的科学家鲍勃·爱德华兹和奥尔德姆的产科医生帕特里克·斯特普托的合作孕育了这一开创性的科学，使这一切成为可能。在帕特里克的诊所接受生育调查的患者允许两人收集卵子，并在培养皿中与精子混合，看看它们是否会受精。这对夫妇花了十多年的时间，他们还招募了研究护士让·珀迪(Jean Purdy)加入他们的研究，计算出取回卵子所需的合适激素水平;了解如何处理他们提取的卵子，使它们在体外保持健康;找出如何使卵子成功受精，以及如何让产生的胚胎发育，使它们足够强壮，能够返回子宫;而且，关键的是，他们必须发现什么时候把它们放回女人体内以便植入。1978年，当路易丝通过剖腹产出生时，这项技术终于取得了胜利，这是一个令人难以置信的时刻，她的父亲马上把她交给了医务人员，因为他颤抖得太厉害了，他害怕自己会把这个惊人的生物学突破弄掉!2018年，路易丝参加我们的节目庆祝她40岁生日时，她告诉我们，她后来才意识到自己的特殊地位……
露易丝:我记得我上高中的时候，我走进科学实验室，打开科学书，里面有一张我的大照片。老师说，是的，露易丝，你在这本书里，我很尴尬。
但在她出生的时候，并不是每个人都庆祝;就连著名的DNA科学家詹姆斯·沃森(James Watson)也对鲍勃·爱德华兹(Bob Edwards)和帕特里克·斯特普托(Patrick Steptoe)进行了抨击，《每日邮报》(Daily Mail)刊登了一篇报道，题为“在欢乐之中，有人不由自主地颤抖;他们问，这一切将在哪里结束?”到目前为止，它实际上已经结束了，全世界有超过800万健康的试管婴儿出生。帕特里克·斯特普托(Patrick Steptoe)和让·珀迪(Jean Purdy)不幸已离我们而去，但鲍勃·爱德华兹(Bob Edwards)获得了2010年诺贝尔医学奖，因为他的科学进步确实改变了人们的生活。与70年代一些著名科学家的负面情绪和悲观预测相反，许多通过体外受精出生的人，包括路易丝·布朗自己，都有了自己健康的孩子，这些孩子是自然受孕的。在我们的有生之年，看到了多么惊人的英国突破啊，伊丽莎白女王在位的时候……
巨齿鲨牙齿揭示灭绝原因?
我是马克斯普朗克研究所的Jeremy McCormack
现在，科学家们相信他们可以通过更仔细地观察牙齿的化学成分来确定史前的食物链。来自马克斯·普朗克进化人类学研究所的杰里米·麦科马克认为，他最近对巨齿鲨巨大的咬齿器的研究可以帮助我们找到巨齿鲨灭绝的原因。哈里·刘易斯报道。
杰里米:它们大约在360万年前灭绝，而且分布在世界各地。它是所谓巨齿系的最后一员。巨齿鲨本身的身长可能达到20米。
哈利:你能够比较不同鲨鱼种类的饮食，包括大白鲨和巨齿鲨，因为它们在某个时间点，都在一起游泳，你用锌同位素来做这个。这些同位素有什么用呢?
杰里米-一种同位素当然是相同的元素，但质量不同。所以我们观察这些牙齿矿物质中较重锌和较轻锌的比例，这个比例告诉我们动物在食物链中所处的位置。它的工作原理是，锌的同位素比例随着我们在不同动物的脊椎遗骸中沿着食物链移动而变化。
哈利——对。为什么牙齿是很好的样本呢?
杰里米:所以我们研究牙齿是因为牙齿作为化石保存了数百万年。由于锌被纳入牙齿的矿物质阶段，我们基本上可以回顾数百万年前，研究灭绝动物的饮食。
哈利——那么大白鲨和巨齿鲨的饮食有什么相似之处吗?
Jeremy:有一种假说认为，上新世早期大白鲨的出现导致了巨齿鲨和大白鲨之间对食物资源的竞争，我们的锌同位素结果表明，这两个物种的食物营养水平相似。这并不一定意味着竞争，但它并不否认两个物种之间存在竞争的假设。
哈利——我抓住你了。所以它们可能吃的是相似的猎物。我们能猜测这两条鲨鱼的饮食可能在哪里交叉吗?
Jeremy:所以从化石证据来看，我们知道这两个物种，至少偶尔会以海洋哺乳动物为食。这些包括齿鲸和须鲸，尽管当时的须鲸比现在小得多。但这样的化石证据很罕见，它只给我们提供了捕食者-祈祷者相互作用的快照，并没有给我们提供这些物种的常规饮食信息。
哈利-当然，让它如此迷人的是，这是第一次用锌同位素来推断一个人在食物链中的位置的方法被用在这么古老的样本上。所以肯定会有更多的事情发生。这是一个激动人心的时刻?
杰里米:是的，这就是使用这种新方法的最终目标，研究渴望动物的饮食生态，这显然对它们的进化有重要的意义。但在某些情况下，它们也灭绝了。
万维网:禧年科学
在女王伊丽莎白二世统治的过程中，毫无疑问，我们日常生活中最大的变化之一就是我们彼此之间的互动方式。
打电话，发短信，分享信息，图片，视频，我们每天在万维网上做的所有事情。
就连女王陛下自己最近也在利用现代化的便利设施来执行她对Zoom的职责。
1989年，英国计算机科学家蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)在美国计算机科学家在互联网上所做的工作的基础上，将互联网从私人机构科学家之间共享信息的方法转变为今天的公共开放标准。
澄清一下，他的创新是创造了万维网，这与互联网不同。
互联网是计算机相互连接共享信息的方式，使用使用互联网协议套件的全球网络系统，这是一种网络的网络。当互联网第一次被使用的时候，计算机是直接相互连接的，而现在的计算机通常连接到一个网络，然后被重定向到用户想去的地方。
蒂姆·伯纳斯-李看到了将计算机间信息共享这一令人难以置信的创新与他那个时代的另一项巧妙技术——超文本——结合起来的机会。
超文本是一段包含到另一段文本或代码的链接的文本，然后网络浏览器可以将其转换为图形和文字，以便用户在其界面上查看新页面或站点。
伯纳斯-李的直觉是，如果我们能以一种与我们的大脑在现实生活中工作的方式相似的方式浏览网络，那将会更好:不总是以线性思维的方式进行，而是以多个方向的思想之间的联系，然后与其他事物联系起来，也许与最初的想法相去很远，就像网络一样。通过链接一个网站内的页面，或者当你在原始网站上遇到新想法时，将你带到其他网站，超链接允许网络模仿大脑的工作方式并建立联系。
他认识到他的发明的力量，认识到它为世界各地的人们分享思想提供了难以置信的机会，认识到它可能对我们的民主运作方式构成的危险，并一直在努力看到他的发明被用于善。
随着我们进入一个时代，许多人的生活中有很大一部分都是通过互联网度过的，他的警告让我们在使用这个不可思议的工具时保持警惕，这与以往一样重要。
人类历史上是如何利用风能的
安德鲁·怀特，伯韦尔博物馆
一个多世纪以来，我们一直在利用风能发电，但在几千年前，当然，在电力成为我们的能源货币之前，风能仍然是主要的能源。那时候，我们的祖先用它来运水和磨谷物。朱莉娅去了剑桥郡的伯韦尔博物馆和风车，去听……
安德鲁-欢迎。我叫安德鲁。我是伯韦尔博物馆磨粉机团队的负责人，我们负责维护、保存和运营史蒂文的伯韦尔风车，这是村里最后一个还在工作的玉米磨粉机。她已经200岁了，我和她一起工作了8年。
朱莉娅:哇。她看起来很像200岁的老人。风车有多高?
主塔大约有50英尺高，每个帆大约有35英尺长。当你到达最上面的帆尖时，我们已经走了将近100英尺。
朱莉娅:哇。它是大的。
安德鲁:是的。这片土地从12世纪起就被称为米尔菲尔德。我们发现风车的证据可以追溯到14世纪。
朱莉娅:所以，我们一直在使用风能。
安德鲁:是的。这个村庄使用风力发电至少有700年了。
朱莉娅:我们进去吧。我很想看看这个机制是如何运作的。
安德鲁:我们叫它大正轮。它是整座大楼中直径最大的轮子。它是石头之前的倒数第二齿轮。它转动免费的石头坚果，然后转动上面的免费石头。这个磨，当它建成时，能够磨三种不同的粉;面粉，黑麦，大麦，还有谷物清洗机和筛粉机来生产白面粉。
朱莉娅:所有这些不同的装置都是由风驱动的吗?
安德鲁:是的，一切都可以由风来提供动力。所有的动力都来自不同的齿轮和不同的起飞驱动器。
朱莉娅:我可以上来吗?哦，我的天哪。这是一个陡峭的楼梯。
安德鲁-这是磨坊里最重要的一层。这就是我们所说的石头地板。在这里你还可以看到我们的主要二级驱动，我们称之为冠轮，它是风力驱动驱动辅助机械，包括谷物清洗机和白花机，我们称之为梳妆台。
(敲击声)所以，你能听到那个声音。这就是鞋，它会被一块从石头里伸出来的叫做狼牙棒的大金属块弄得嘎嘎作响。这种嘎嘎声轻轻地把谷物送入石头的孔眼里，然后被石头的运动拉出来，在剪刀的作用下，谷物被切开，面粉被释放出来。然后它通过拍摄，把它带到底层。在维多利亚时代，我们村里有四个玉米磨，旁边还有无数的小型排水磨，这些排水磨可以帮助排水。风能被用于不同目的的例子有很多。我们是玉米磨粉机。他们也有抽水磨坊，也有磨坊为当地农场研磨肥料。
朱莉娅:我们正在充分利用我们居住的多风地区。
几乎可以肯定。我们仍然使用风力发电，我们很高兴我们能做到这一点。
现代涡轮机技术
卡尔·惠特尔，利物浦大学
朱莉娅:你可以感觉到今天英格兰西北海岸的风在猛烈地刮着。我现在正在爬上一个沙丘，因为当我到达这个沙丘的顶端时，我应该能看到一些涡轮机。让我们看一看。天哪，这太陡了。他们在那里。而且风很大。雾很大，但我能看到远处的波波班克斯风力涡轮机海上农场。从这里开始，我可以数1、2、3、4、5。他们只是继续前进。我们从这个多风的山上下来吧，好吗? A little bit less windy down here maybe...
朱莉娅:我们已经从风能用于生产食品，比如面粉，以及排水系统，发展到现在为我们的国家供电。像克罗斯比这样的大型海上风力发电场就是这样做的。但是像这样的农场到底能产生多少能量呢?好吧，我想我应该离开这个多风的海滩到城里去看看。我来利物浦大学是为了见工程师卡尔·惠特尔。他会告诉我它们是怎么工作的。
他们的半径可以达到150，现在他们的直径可以达到250。
朱莉娅:单位是英尺吗?
卡尔——米。
茱莉娅:150米?哇。
这是因为面积越大，你从风中提取的能量就越多。你想做得更大，以获取更多的能量，而更多的能量意味着你产生更多的电力。
朱莉娅:那么，当这些巨大的结构旋转时，旋转是如何转化为能量的呢?
最简单的方法是把它想象成自行车上的发电机。当你转动轮子时，它带动发电机。发电机的工作方式与汽轮机完全相同。你有一个磁性线圈和一个旋转的磁铁。然后，当它旋转时，就会产生交流电。然后风力涡轮机将其转化为你想要的可用能量，无论是交流还是直流。然后，它被传输到电网或任何正在使用它的地方，因为一些风力涡轮机可以在屋顶上，然后可以直接给电池充电，其他的可以进入电网。克罗斯比看到的那些会被输送到国家电网。
朱莉娅:你这里有一个风力涡轮机发展的图表吗?就像一个奔驰的标志，从小的一直到大的。
卡尔-是的，差不多。就是这样。它们越来越大了。我想，他们现在产生的，是我们现在看到的，兆瓦级的能量。如果你有一个风力发电场，有几百个或几千个这样的风力发电场，其中一些是大型的超级风力发电场，你就能产生几百兆瓦，甚至是千兆瓦的电力，这相当于一个核反应堆。
朱莉娅:那能给多少家庭供电?
卡尔:这确实取决于家庭的使用情况，但1千兆瓦肯定能覆盖整个利物浦。而较新的太阳能电池将走得更远，在陆地上，就它们能提供多少电力而言。
茱莉亚
这些涡轮机目前是由什么制成的?
卡尔:支架和叶片的一系列材料——铝钢——现在将由复合材料制成，因为我们需要减轻重量，因为涡轮机叶片越重，转动它们所需的能量就越多，这是一种效率的提高。我们只是想提高每一点效率;这里10%，那里2%随着时间的推移开始增加。在一些早期的设计中，我们不能真的回收所有的东西。现在，我们可以回收掉下来的大部分东西。我们可以重复使用金属，如果我们想的话，我们可以重复使用复合材料。风能的碳使用量现在达到了，几年之后，也许5到10年取决于风力涡轮机的设计你现在所处的位置这将被定义为净负碳，因为你正在发电，与天然气相比，它不再产生碳。
朱莉娅:会不会有一天，英国所有的能源都来自这些建筑?
卡尔:可以想象，根据目前的电力使用情况，将来风能和太阳能会比天然气多。风能的问题是间歇性的。我们在地理位置上很幸运，而且总是有风。总有风的地方。问题是，有些日子不刮风。所以，如果你看看几周前这里的晴天，我们确实有一个晴朗的晴天，天空是蓝色的，但那天的风不是很强。我们更多地依赖太阳能而不是风能。我们要么需要增加风能的容量，要么另一种方式是增加能量储存，比如电池或氢的使用。因为你有时会发现风在转，但风力涡轮机没有转，因为它们不需要在电网规模上提供电力。或者，风真的在吹，我们必须关闭涡轮机，因为我们不想损坏风力涡轮机。 We need to have other supporting things in place but it is conceivable, based on our current electrical needs, that we could have days in the next 10 years where we don't need gas, we can run on wind and solar together. Nuclear would always be there as a baseline, say, to provide a safe supply for electricity, but there will come a point when we will not need any gas at all in the day. As we move to net zero by 2050, and there are a lot more electric vehicles on the road, we then need to increase capacity even more to cover everybody wanting to charge their cars when they go home. That is a demand management issue.
更可靠的大风天气报告
马丁·希尔兹，科罗拉多州立大学
Julia -不知道什么时候会刮风，风力有多大，这是依赖风力发电为客户供电的能源公司面临的主要问题之一。如果他们指望看到一定水平的供应，但法律意味着他们缺乏电力，他们必须通过从竞争对手那里购买供应来弥补短缺，通常价格高得惊人，这破坏了他们业务的可行性。但是，如果我们改进对涡轮机的短期天气预报，从而改进对风速和输出的预测，这种情况对更有可能投资的运营商来说风险要小得多。这就是科罗拉多州立大学的马丁·希尔兹向克里斯解释的。
马丁:我们的问题是，我们如何为公用事业公司提供更好的风力预报，以便他们更好地规划明天的电力需求。
克里斯:听起来好像是个小问题，不过明天可能没有风，我们就从别的地方取电吧?不是这样的吗?
马丁:嗯，当然，你可以去市场上从别人那里买，但是当你期望刮风而没有刮风时，它要贵得多。你必须出去，在所谓的现货市场上花很多钱买电。
克里斯:我们的预测方法是否足够好，能够给出那种精细的细节?我们讨论的能源产生和风速的分辨率是怎样的?
马丁:嗯，我们正在研究非常局部的风。我们需要知道风力涡轮机附近的风是如何产生电力的。预测人员很难做到这一点。在一个非常小的地方，很难知道在任何特定的时间风会刮多快。
克里斯:那你打算怎么解决这个问题呢?
马丁:我们与美国政府下属的国家海洋和大气管理局的科学家合作，他们每天都在努力工作，微调他们的模型。在我们的项目中，我们所做的是，看看目前正在运行的旧模型在预测未来12小时的风力方面与在窗帘后面的发展模型有什么不同。12小时后，我们就能看到这些预测有多准确。我们看看在每一种制度下错误的代价是什么。我们发现，随着科学家们对模型的改进，节省了大量的费用，随后可以通过降低电费转嫁给消费者。
克里斯:从本质上讲，这是否给了发电商更大的信心，让他们投资于这一技术并沿着这条路走下去，因为比起采用可靠的发电方式，你燃烧一些煤，一些天然气，或者一些石油，你知道这将花费你多少，你知道你最终会得到电力，因此风险很低。相反，如果你要在天气上赌一把，那就高风险了。然而，如果你所做的事情能够被接受，并证明他们实际上可以节省一些钱，这确实意味着他们更有可能在这种市场上投资。
马丁:没错。风能的不确定性是其采用的一个障碍。有时会吹，有时不会。但是，关于不确定性的不确定性也是一种障碍。我们要做的是消除不确定性带来的不确定性，这为公共事业提供了价值，并有助于增加人们更多地使用它的可能性。
Chris -你的分析基于哪里，因为这将适用于所有地方吗?那么放眼未来呢?人们非常担心气候变化，一些关于气候变化速度的预测非常可怕，因为它们表明气候会在短期内发生变化，而且变化很大。你提到的地理上的不确定性也很多。我们是否看到了一个更加不确定的未来，因此你能给目前的不确定性带来多少确定性?
马丁:这是个很难回答的问题，克里斯。我们这样做是为了美国大陆，甚至在美国国内，我们的风力预报员在某些地方比其他地方做得更好。当我们介绍气候变化时——我们知道它正在发生，我们正在努力做的是使这种过渡尽可能地无成本，或者尽可能地成本最低。
克里斯:公用事业公司能接受这种事情吗?你能看到他们真的对你开始产生的数字有信任和信心吗?
马丁-是的。我们已经和一些公用事业公司谈过了，他们迫切需要这些信息。当出现错误时，这确实是一个代价高昂的问题，而他们能做的任何事情都能让消费者保持低利率，他们对此感到兴奋。我们只是希望我们能帮上忙。对于普通顾客来说，这可能是每年几美元或几英镑，但是，当你把这些钱加起来，每年可以节省数亿美元，这些钱可以花在其他事情上。人们可以在生活中拥有比电更令人兴奋的东西。
众筹的风力涡轮机现在为家庭供电
莎拉·梅里克，涟漪能源公司
俗话说，英国人的家就是他的城堡。但是，如果你想拥有一台风力涡轮机并用它来为你的隐喻城堡供电呢?嗯，考虑到整个涡轮机对普通家庭来说可能有点大，几年前，第一个类似的倡议诞生了，这意味着你可以拥有风力涡轮机的一部分，并使用你拥有的部分来减少你的电费成本，通过消耗你自己的绿色电力。这个想法相当大胆，尤其是因为该公司必须说服人们投资一台尚未购买或建造的涡轮机，这样他们才能筹集资金来建造它。这个想法背后的组织Ripple Energy的首席执行官Sarah Merrick接受了Julia Ravey的采访。
萨拉:有907个人拥有这个项目的一部分。我们还得到了威尔士政府的拨款。所以这个项目已经建成并开始运行，人们也从电费账单中省下了第一笔钱。这只是一个月的节省，取决于风的大小。所以我们度过了一个美妙的四月，人们平均节省了大约24英镑的电费。我们有一个完整的项目启动周期，资金，建设，然后得到储蓄。我们还启动并资助了第二个更大的项目。第一个项目是一个涡轮机，下一个项目是苏格兰的柯克山。这是8个涡轮机，这是有资金的。有5600人拥有这个项目的一部分，现在它将开始建设，并将在明年晚些时候发电。
朱莉娅:你能提醒我们一下这些计划是如何运作的吗?所以，如果我想参与进来，从这些风力涡轮机中获得一些能量，我该怎么做呢?
莎拉:登陆我们的网站，输入你用了多少电。然后你说，你想让你的风力发电场覆盖全部还是一半还是10%一旦你决定了，你就买下风电场的股份，然后我们来处理其他的事情;我们管理运营，我们管理构建。当风力发电场开始运行时，你的电力供应商就会购买风力发电场的电力，并通过电网将其供应给你的家庭，然后你就可以自动从你的账单中节省下来。所以这真的非常非常简单——你可以在几分钟内注册——非常灵活，所以不管你是搬回家，还是住在公寓里，还是租房子，现在任何人都可以买一点风力发电场。
朱莉娅:那是你投资风力发电场的前期成本吗?
萨拉:你要提前付款，实际上，这笔钱就是建造风力发电场的资金。
朱莉娅:你的一个项目在苏格兰，一个在威尔士。所以你必须住在当地才能参与吗?风力涡轮机必须在你家的一定半径内吗?
萨拉:因为我们使用国家电网在全国范围内供电，所以你住在哪里都没关系。你不能住在北爱尔兰，因为北爱尔兰的电网不同，不过你可以住在任何地方。Ripple的目的是让每个人，无论你是住在农村还是城市中心，现在每个人都可以拥有自己的清洁能源。
朱莉娅:你有什么项目要做吗?
萨拉:我们现在正在看第三个项目。所以我们有几个不同的选择。它可能是一个太阳能公园，也可能是另一个风力发电场，但我们希望在今年年底前启动另一个。
朱莉娅:从我的角度来看，我住在一套公寓里，这听起来对那些不一定住在农村的人来说是一种很棒的方式，你知道，在农村你可以安装自己的涡轮机或自己的太阳能电池板来获得绿色能源，同时还能省钱。你认为这是让更多的人获得绿色能源的未来吗?
萨拉:当然。可再生能源的美妙之处在于，它可以为成千上万的人所拥有，你不可能拥有一个煤站、一个加油站或一个核电站，但你绝对可以拥有一个风力发电场或一个太阳能公园。也有好处，就像我们现在看到的电价飞涨，但实际上运营风力发电场的成本一直很稳定。所以这意味着当电价高时，你在账单上节省的钱要高得多。因此，这是一种使全国数以百万计的人能够拥有自己的清洁能源的方式，但获得低成本和价格稳定的绿色电力，风力发电场或太阳能发电场产生的电力，这可以帮助他们免受我们目前看到的价格飙升的影响。
风力涡轮机会影响野生动物吗?
Aedán史密斯，苏格兰皇家鸟类保护协会和阿拉斯泰尔林登，赫瑞瓦特大学
尽管风力涡轮机为我们向英国和世界各地输送更多的清洁能源提供了巨大的好处，至少在有风的日子里，重要的是要认识到这些确实是巨大的，潜在的侵入性结构。这些涡轮机高达数百英尺。那么，这对通常通过这些路径飞行的鸟类有什么影响呢?对于海上风力发电场来说，它们会影响到海底的生物吗?有请克里斯·史密斯…
据估计，目前仅在英国就有超过8000个陆上涡轮机和2000个海上涡轮机，而且这个数字还在上升。当然，随着时间的推移，它们产生的能量将成为我们解决气候变化问题的一部分，但它们对拟议建筑工地的直接影响当然必须考虑在内……
Aedán -所以我们不仅处于气候紧急状态，我们也处于自然紧急状态，风力涡轮机，风力发电场-非常擅长产生低碳能源，所以这是非常积极的，但它们确实给鸟类和它们的栖息地带来了一些风险
克里斯-这是Aedán史密斯，他是苏格兰皇家鸟类保护协会的政策和倡导负责人。这种危险在美国加利福尼亚州阿尔塔蒙特山口的第一批风力发电场之一中得到了突出体现。
Aedán -对于许多鸟类来说，这是非常重要的迁徙路线，当我们经过那里的涡轮机时，很多很多的鸟都不幸被撞死了
Chris -从这个悲惨的事件中，现在在涡轮机安装之前考虑了鸟类的行为和栖息地…
Aedán -与环保主义者和政府机构合作，尽量避开最敏感的地方。所以幸运的是，这意味着我们没有太多像阿尔塔蒙特山口那样可怕的情况。
Chris -尽管有些人可能会争辩说，一年中被汽车和猫杀死的鸟类比被涡轮机杀死的还要多，但某些物种可能更容易受到伤害……
Aedán -例如，被家猫杀死的老鹰并不多，但实际上，这是一种与风力涡轮机相撞的潜在危险物种
克里斯-风力涡轮机会以三种方式扰乱鸟类种群，第一种是……
Aedán -碰撞。所以与移动的涡轮叶片相撞。另一件事是，尽管这些结构很新颖，但野生动物并没有进化到可以与之共存的地步。所以有时鸟类看到涡轮机，却绝对不会靠近它，这对于避免与这个结构相撞是很好的。但也许如果它们避开重要的觅食区或筑巢栖息地，那么这可能会影响它们的生存能力。第三种影响更多的是屏障效应。鸟类通常会在某个地方筑巢或栖息，然后去其他地方觅食;他们在旅行，他们在通勤，如果你喜欢的话。如果一个风力涡轮机突然出现在通勤路线上，他们可能需要避开它。如果这只鸟用尽了最后一盎司的能量只是为了生存，然后突然它不得不走更长的路线，这可能会打破平衡，把它推到边缘
Chris -在寻找涡轮机时，这些因素都被考虑在内，以避免对种群造成干扰，我们现在有多年的数据来帮助我们确保陆地上的地点被成功选择。但当我们把目光投向海外时，我们还没有类似的数据体系可以依靠。所以预测这些涡轮机会对野生动物产生什么样的影响要棘手得多。目前，在通过建造更多的海上风力涡轮机来生产更多的绿色能源与试图更好地了解并最终保护海鸟种群之间也存在着冲突……
Aedán -幸运的是，技术正在迅速帮助我们。把标签贴在海鸟身上是可能的，这是最近的一项发展，因为技术已经使标签变得足够小，现在可以贴在一些较小的海鸟身上。这确实迅速增加了我们对鸟类的了解，它们离开海岸上的巢穴后会去哪里，它们会去海上觅食，还有它们冬天会去哪里。
但是这些海上风力涡轮机的影响不仅仅局限于它们所旋转的空气，因为科学家们也越来越多地记录了对水下领域的影响，特别是对螃蟹和龙虾等甲壳类动物的影响。由于追踪技术的进步，我们现在可以更好地了解这些动物是如何活动的。阿拉斯泰尔·林登(Alastair Lyndon)是赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)的海洋生物学家，他一直在追踪可食用的褐蟹的痛苦……
阿拉斯泰尔——最近的标记工作表明，它们移动的距离相当远，尤其是雄性。一般来说，他们从东南向北沿海岸移动，然后从北部绕过苏格兰的顶部，向下移动到西海岸。
克里斯-雌蟹虽然没有游得那么远，但仍然会远离海岸线，以便产卵，并确保它们的数量至关重要……
阿拉斯泰尔——就捕鱼业而言，螃蟹在数量和价值上都是英国第二重要的甲壳类捕捞产品。它们对小的农村和偏远的社区非常重要。
海上风电场数量的增加意味着周围海洋环境不可避免地会发生变化，这可能会影响野生动物的行为……
阿拉斯泰尔-这意味着与过去相比，海底周围将会有更多的电缆。这意味着它们会在电缆周围产生磁场，这是无法屏蔽的。我们知道，很多海洋生物有——或者至少我们怀疑有——磁感，可能是为了导航，利用地球磁场，当然地球磁场非常非常弱。因此，如果它们能探测到地球磁场，可能会干扰任何运动或迁徙，它们可能会利用磁场来寻找方向
Chris -目前很难在水中测试这个理论。因此，阿拉斯泰尔和他的团队在实验室里模拟了这种潜在的电磁场效应。他们使用了一个装满水的水箱，水箱下面放置了一个大的铜圈，叫做亥姆霍兹线圈。通过将甲壳类动物放入水箱中，阿拉斯泰尔和他的团队进行了一些惊人的观察……
阿拉斯泰尔-对于食用蟹，棕色蟹，当我们在它们的水箱下放置电磁铁并打开它们时，螃蟹倾向于在磁铁上形成三角形，然后坐在那里不怎么移动。当磁铁打开时，它们的活动水平会大大降低。所以看起来磁场可能会减少它们的自然活动，这可能会减少它们与同一物种其他成员的互动，因此可能会寻找配偶，也可能会降低它们觅食的能力，喂养和寻找食物
克里斯-就后代的发展而言，磁场似乎也会影响另一个物种…
Alastair -我们发现，当产卵的雌性龙虾在卵发育阶段暴露在磁场中时，幼虫在发育过程中受到物理变形和形态变化干扰的可能性几乎是其三倍。这对它们的游泳能力产生了影响，在孵化后的幼虫阶段，游泳非常重要，因为它们需要能够游到水面上获取食物。
Chris -现在还不清楚海底的电缆是否会对野外的甲壳类动物产生这些影响，但是把电缆埋在沙子下面，就像大多数公司做的那样，可能……
阿拉斯泰尔——把电缆埋起来显然是有益的，因为电缆周围的磁场随着距离的增加而衰减得相对较快。
克里斯:但是如果我们将来继续使用更多的海上风能，继续在实验室和岸上研究这些影响是很重要的……
阿拉斯泰尔-我们在努力做好事的过程中不会产生意想不到的负面后果，这一点很重要。磁场是否足以干扰雄性蟹的迁徙，这可能对这些物种的种群生物学产生影响?就这些生物体的存活而言，无论是幼虫还是成虫，小的影响有多小实际上并不重要?我们真的不知道，我们需要做进一步的标记实验，看看在实践中什么样的运动可能受到电缆的影响。我们可能还需要考虑这些设施建设的影响，显然这些设施的规模也相当大。目前的做法似乎是足够的，但我们仍然需要继续研究，以确保没有任何其他意想不到的后果。
利用风能的风筝涡轮机
罗德·里德，风吹而有趣
虽然涡轮机提供了一种利用风能并将其转化为电能的解决方案，但它们并不是唯一的结构。西班牙的一家公司发明了一种六英尺高的无叶片旋涡，它是一个扇形的塔式结构，可以左右摆动来发电。它们没有巨大的叶片，这意味着它们可以在更多的地方出现，对陆地上的鸟类的危害可能更小。还有一种可以捕捉风的东西，在这项技术中可能是革命性的——风筝。克里斯·史密斯采访了来自windsweep and Interesting的工程师罗德·里德，他设计了一种风筝涡轮机，可能会把风能带到新的高度……
Rod -天上有个风筝，通常会带着相机。但这次我们不用摄像机了，我们用的是一组旋转的风筝它们绕着线飞那些线在转动地面上的发电机。它就像一组模型飞机的翅膀绑在一起，它们在飞行时非常高效和快速。降落伞的那个，它在上面给系统增加了一点张力这样我们就能把扭矩传递到地面。因为我们把绳子分开，因为它们有张力，风筝的叶片在远处，我们可以安全地将扭矩传递到地面。
Chris -那么它们产生了多大的力呢?缆绳的扭转度是多少?
罗德:所以我们从一个小模型中得到大约一千瓦半的能量，我可以自己发射，但在我们要做的下一个自动化模型中，将会有一个机器人在田野里做我的工作。我们将把它提高到10千瓦。但我们可以把它们堆叠在网络中，所以我们希望将来能制造出真正的巨型网络。
克里斯:那你是怎么避免缠在一起的呢?这似乎是我每次放孩子们的风筝时都会有的结果。
鱼竿——如果你想放一根鱼线，有一百个人在同一个地方钓鱼，你很快就会把鱼线缠在一起。但相反，你可以在渔网上放几千条线，但它不会纠结，因为它是绑在一起的。所以我们有很长的线。
克里斯:那么你的观点是，我们可以有一个满是风筝的地方，而不是满是风力涡轮机的地方吗?你基本上只是在一定高度上放一排风筝?这样的话，你就一直在生成。
我们已经在一定高度飞行了。我们把转子一个一个地堆叠起来。所以我们在涡轮机的每一层上都有多个风筝。
克里斯:这对环境有什么影响?这吵吗?
任何在风中移动的东西，任何在风中快速移动的东西，都会产生噪音。与普通涡轮相比，我们的叶尖速比相当低，所以噪音稍微小一些。如果有一个季节你想摆脱这些东西，如果你必须把它们弄下来，你知道有一群鸟要来，或者类似的事情，它们很快就会来。在挪威，有一家风筝公司可以在任何情况下关闭他们的系统，比如海岸警卫队的紧急情况等等。如果有必要，我们可以在几分钟内把他们打下来。
克里斯-地面足迹是什么样的?
罗德:嗯，我现在有一些系统可以放在我的车后面。我有一辆电动汽车;我可以带个涡轮机给它充电。但在下一个版本中，这些自动化的，我将会安装一个后台处理系统。有一条后防线只会给你安全感，万一出了什么问题，这条额外的防线。所以它要在地面站半径15米的范围内行驶。
克里斯:“P”这个词总要在某个时候出现，代价是什么?它会很便宜还是会很贵?
Rod -你用的材料只有标准风力涡轮机的十分之一因为材料会跟随力，我们在拉伸系统中工作。所以在我们前进的过程中，资本应该是非常少的。
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