前兩天討論到戰(zhàn)斗人形是否能夠替代傳統(tǒng)步兵時(shí)，本人是以戰(zhàn)場(chǎng)上的消耗戰(zhàn)強(qiáng)度和武器（人形）的供應(yīng)鏈角度分析出是不適合用高度復(fù)雜的機(jī)器人打消耗戰(zhàn)的。正巧這兩天有人把南方拉閘限電和澳大利亞煤炭無端聯(lián)系在一起，今天，我們換個(gè)角度，從能源——電力的儲(chǔ)存和供應(yīng)來談?wù)劗?dāng)今高性能無人設(shè)備的困難。

電力絕非來的容易——民用發(fā)電技術(shù)的演變

自從第二次工業(yè)革命后，電力憑借易于傳輸和用途廣泛，逐步替換了過去的煤炭，煤氣，成為了居民日常生活消耗最多的能源。但是，從第一臺(tái)商業(yè)發(fā)電機(jī)誕生，到如今我們各種各樣的充電穿戴式電子系統(tǒng)，一路走來并不是一帆風(fēng)順的。

本人生長(zhǎng)于一個(gè)電力工人的家庭。1957年，我的爺爺在西安一所大學(xué)水電專業(yè)畢業(yè)后，來到吉林省豐滿水電站參加水電建設(shè)，修復(fù)被國民黨軍和蘇聯(lián)紅軍破壞后的豐滿電站，之后又來到長(zhǎng)白山下的我的出生地，修建火電站。從此我們家就和電力結(jié)下了不解之緣，我的父親和姐妹都是電廠職工，我也是在電廠的子弟學(xué)校完成了學(xué)前班到小二的學(xué)習(xí)，之后才因?yàn)槠髽I(yè)小學(xué)關(guān)閉而進(jìn)入了市屬小學(xué)。正因如此，我一直對(duì)電力和供電裝置有著深切的感情。

但是，上世紀(jì)七十年代修建一座火電站遠(yuǎn)不是現(xiàn)代我們以為的那么容易。在那個(gè)時(shí)候，我國最大能夠生產(chǎn)的汽輪機(jī)也不過能帶動(dòng)上海電機(jī)廠生產(chǎn)的QFS-125-2型12.5萬千瓦發(fā)電機(jī)，而我們老家修建的發(fā)電廠則用的是哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的汽輪機(jī)，帶動(dòng)10萬千瓦發(fā)電機(jī)。如今，這座充滿我的兒時(shí)記憶的火電廠已經(jīng)在國內(nèi)拆除“小火電”的大潮中率先被拆除，這也是我們城市難得一見的登上國家級(jí)媒體的時(shí)刻。當(dāng)時(shí)上中學(xué)的我還有幸和新華社記者一起目睹了這一壯觀但感傷的時(shí)刻。它的倒下，宣布著新的發(fā)電時(shí)代的到來，但同時(shí)也似乎宣告著老舊設(shè)備頗多的東三省發(fā)電企業(yè)也迎來了自己的日落之時(shí)。

如今，我國的火力發(fā)電已經(jīng)打到世界第一梯隊(duì)。相比當(dāng)年需要上千人維護(hù)的小小的2.5萬千瓦機(jī)組和10萬千瓦機(jī)組，現(xiàn)代的火力發(fā)電機(jī)組，如下圖所示的上海外高橋三期發(fā)電廠，只需要200人就可以運(yùn)轉(zhuǎn)兩臺(tái)200萬千瓦的火力發(fā)電機(jī)組。而且，現(xiàn)代的超超臨界機(jī)組技術(shù)比起過去不僅僅是人員的減少，更是排放標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)熱效率的極大提升。2015年，外高橋三廠創(chuàng)造了275克煤炭發(fā)出一度電的世界紀(jì)錄，綜合發(fā)電效率高達(dá)46%，比起過去亞臨界鍋爐的320克煤發(fā)出一度電大幅優(yōu)化，這也是人類歷史上規(guī)模燃煤發(fā)電能夠達(dá)到的最高效率。

一提到電就會(huì)說的很遠(yuǎn)。總而言之，我們現(xiàn)在能夠用上便宜而源源不斷的電力，和我們當(dāng)代的發(fā)電技術(shù)和供電技術(shù)脫不了關(guān)系。但是，在戰(zhàn)場(chǎng)上，我們的電子設(shè)備可不能隨時(shí)插上插頭給自己充電，那就需要其他的辦法了。

電池——簡(jiǎn)單但笨重的選擇

談到移動(dòng)供電設(shè)備，我們第一反應(yīng)是各種各樣的電池，但是你們想過戰(zhàn)場(chǎng)上需要多少電池嗎？

在充電電池技術(shù)變得可被接受之前，大多數(shù)的戰(zhàn)場(chǎng)供電和我們?nèi)粘５拿裼秒娖饕粯樱际鞘褂酶呻姵毓╇?。但是，傳統(tǒng)的碳鋅電池只有1.5V電壓，在啟動(dòng)較為復(fù)雜的設(shè)備或給發(fā)射體點(diǎn)火時(shí)，需要多節(jié)串聯(lián)才能達(dá)到點(diǎn)火電壓，因此為了解決這個(gè)難題，先后又有多種新型電池被研發(fā)出來，如堿性電池，一次性鋰電池（不是可充電鋰離子電池）等。不過鋰電池由于過于易燃易爆，因此戰(zhàn)場(chǎng)上應(yīng)用并不廣泛。

一次性電池是最容易制造和使用的供電設(shè)備，在電力耗盡后可以直接丟棄，降低士兵的負(fù)重。不過，一次性電池最大的問題就是它這種“消耗品”屬性，在實(shí)戰(zhàn)中意味著需要由運(yùn)輸卡車運(yùn)輸一盒一盒的備用電池，而且隨意丟棄后還可能污染水源，造成用水困難。所以隨著技術(shù)發(fā)展，人們又開始發(fā)展二次電池——即可充電電池。

早期的二次電池主要是鉛蓄電池，但是鉛蓄電池實(shí)在是太過笨重，不適合一般使用。隨著技術(shù)發(fā)展，鋰離子電池日益成為主要的二次電池。如下圖所示的美軍鋰離子軍用電池，其電容量在相近輸出電壓（15V VS 12V）時(shí)，提升了一倍多（15AH對(duì)7.5AH）；在2020年，美國更有打算引進(jìn)新能源車使用的磷酸鐵鋰電池等新興充電電池，以提升電量存儲(chǔ)能力——尤其是新式的混動(dòng)戰(zhàn)斗車輛。

不過，雖然電池的技術(shù)日益提升，但是整體而言的能量轉(zhuǎn)化效率還是相當(dāng)?shù)拖?。以如今熱門的特斯拉model S的電池總成為例：

資料來源：ttps://club.autohome.com.cn/bbs/thread/efb6de8f4f11fb98/39205007-1.html

從汽車之家這位網(wǎng)友發(fā)出的圖片可知，特斯拉MODEL S的電池輸出電壓400V，存儲(chǔ)能力可達(dá)85KW·H（理論水平），重量達(dá)到900KG（1枚MK84的炸彈重量）。平均能量密度94.4wh，平均1千克電池可容納0.0945kw`h的電量，約合340200焦耳（340KJ）的能量。特斯拉MODEL S 續(xù)航力約650km，1度電力約能夠讓它跑7-8公里（時(shí)速60KM），這和本人駕駛國產(chǎn)吉利全球鷹新能源汽車的體驗(yàn)基本相同。當(dāng)然，這是2016年前的技術(shù)水平，如今軟包三元鋰電池已經(jīng)可達(dá)200-300WH。

作為對(duì)比，同樣的能量折算為多少汽油呢？一千克汽油約是44000KJ的熱值，那么1千克汽油在完全燃燒下，能夠提供的能量是當(dāng)代鋰電池放電能量的100多倍的能量。就算內(nèi)燃機(jī)工作的熱效率較低，現(xiàn)實(shí)中的汽油消耗還是非常低的。同樣是根據(jù)本人的使用經(jīng)驗(yàn)，本人駕駛1.2噸的比亞迪F3在天津市區(qū)可以達(dá)到百公里6.2升汽油，折算為4.5千克汽油，在同樣確保650公里續(xù)航力的情況下，它只需要29千克的汽油。由此可見，在車身（不含油料和電池）重量一樣的情況下，電動(dòng)汽車需要20-30倍的汽油車的油箱重量，才能保證續(xù)航里程的基本相同。因此，在戰(zhàn)場(chǎng)上使用電池供電的電器，必然會(huì)帶來體積和重量的急劇上升。

如果說幾百千克的電池組對(duì)于汽車還是可以接受的，那么對(duì)于和人類差不多大的人形就是“無法承受之重”?？紤]到人體身體肌肉的強(qiáng)度上限，我們可以認(rèn)為環(huán)法自行車賽的選手身體素質(zhì)和長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員、野戰(zhàn)軍士兵都是相當(dāng)?shù)模鶕?jù)下列資料可知：

資料來源：https://www.zhihu.com/question/27002036

由此可見，一個(gè)身體素質(zhì)良好的人類在進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)時(shí)平均是6W·kg，如果一個(gè)人體重60千克，則他平均運(yùn)動(dòng)功率約是360瓦?？紤]到選手們跑完160公里賽段的速度平均在40-50千米每小時(shí)，也就是一名選手需要以360瓦功率保持4小時(shí)，需要消費(fèi)1.44Kw·h的能量，也就是5184千焦的能量。

那么，換做完全由電池供電的60千克人形呢？考慮到目前常見的鋰電池能量上限達(dá)到了300WH左右，那么1.44千瓦時(shí)的電力需要起碼4-5千克的電池組。如果再算上高性能AI和傳感器的能量消耗（假設(shè)按照目前高性能工作站正常工作約300瓦計(jì)算），那么4小時(shí)就需要2-3千瓦時(shí)的總電量，折算電池組就得超過9千克。這樣一來，60千克的人形的六分之一重量都分配到了電池上面，而機(jī)器人的鋰電池又是極易起火的，必須有一定防火和防彈處理，這樣一來機(jī)器人分?jǐn)偟狡渌矫娴闹亓烤筒粔蛄恕?/p>

既然電池效率低下，我們采用燃油發(fā)電不就得了？那么，就讓我們看看采用燃油發(fā)電的情況吧。

燃油發(fā)電——難解的噪音和冷卻問題

既然我們討論的對(duì)象是和人類差不多尺寸的戰(zhàn)斗人形，那么我們必然要尋找小巧玲瓏的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。現(xiàn)實(shí)中體積最符合這種需求的是助力自行車的發(fā)動(dòng)機(jī)，約40-60CC排量，最大功率約2-3馬力（2KW左右），和我們的電磁爐最大功率差不多，本人上中學(xué)時(shí)也一度接觸過這東西，這種助力車還是能夠輕松跑到40公里的速度的（在長(zhǎng)白山的山區(qū)公路上），用2升汽油就能輕松跑個(gè)20公里左右。假設(shè)仍然是上面那個(gè)問題，需要提供1.44KWH的電力，再算上燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的30%左右的燃料效率，則是要消耗1.44*3600000/0.3/44000000=0.39kg汽油，咋一看數(shù)據(jù)好多了。

但是，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)雖然解決了燃料的效率問題，但是又帶來了新的問題——噪音和發(fā)熱。我們知道，目前的內(nèi)燃機(jī)多為往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，以高溫高壓的油氣點(diǎn)火來推動(dòng)氣缸運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要很高的工作溫度。同時(shí)，由于燃燒室壓力很大，排出的高溫廢氣的壓力也很強(qiáng)，因此不帶消音器的汽車和摩托車的噪音都非常巨大，夜里有的摩托車愛好者騎行的高速摩托車噪音隔著三個(gè)街區(qū)都能聽得到。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴口必須裝備和步槍消聲器相同原理的消聲排氣管，這才能夠讓噪音降低到可以接受的水平。但對(duì)于和人類體積差不多大的人形來說，身上就必然多出一個(gè)大管子了。

我想，不會(huì)有指揮官會(huì)抱著一個(gè)裝有摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)來發(fā)電機(jī)的人形就寢的吧……

所以，對(duì)于人形機(jī)器人來說，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)也是走不通的一條路。那么，集合電池的低噪音高效率和燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度的燃料電池能否是一條新路呢?

燃料電池——理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感

燃料電池，通俗的說就是利用一種特殊催化劑，讓燃料在陰極上被氧化，釋放電子并轉(zhuǎn)化為陽離子；同時(shí)讓氧化劑在陽極上得到電子被還原，接受陽離子轉(zhuǎn)為還原產(chǎn)物的過程。

這種技術(shù)最早在阿波羅飛船使用，因?yàn)橹剡_(dá)50噸的阿波羅飛船幾乎和中國航天站3個(gè)艙段合計(jì)一樣重，當(dāng)時(shí)的太陽能電池不足以支持這么巨大的飛船，因此采用燃料電池為其提供穩(wěn)定的電力，但也帶來了阿波羅13號(hào)氧氣罐爆炸的事故。在阿波羅計(jì)劃后，氫氧燃料電池繼續(xù)發(fā)展，逐步成為一種可靠的技術(shù)。

冷戰(zhàn)結(jié)束后，最早將燃料電池投入地球軍用載具的是AIP潛艇。在上世紀(jì)90年代，德國人推出了以氫氧燃料電池動(dòng)力的212型潛艇。如今，現(xiàn)在流行的氫能源汽車也基本上都是用氫燃料電池的。

雖然氫燃料電池燃料效率高，技術(shù)可靠，但是一個(gè)致命問題阻礙了它的推廣：氫的儲(chǔ)存技術(shù)。由于大多數(shù)材料在儲(chǔ)存分子量最低的氫氣時(shí)都會(huì)被氫氣滲透產(chǎn)生“氫脆”問題，加上氫密度實(shí)在是太小了，常壓下根本無法儲(chǔ)存多少氫氣。所以一般儲(chǔ)存大量氫氣要不是液化氫氣，要不就是鈀金氫吸附材料。但是，液氫的沸點(diǎn)達(dá)到了-250攝氏度，而鈀屬于鉑族金屬，產(chǎn)量和價(jià)格都限制它的商業(yè)應(yīng)用。因此雖然氫

能源概念炒的很熱，但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用卻非常困難。

除此之外，氫高度易燃也成為它的限制因素。興登堡號(hào)這艘長(zhǎng)達(dá)200多米的巨型飛艇，在氫氣意外起火后，僅30秒鐘就付之一炬，可見氫極易燃燒的特性。所以如果氫能源汽車大量使用，那么防火必然是未來一大難題。

既然氫如此高度易燃，那顯然不能用于軍用人形。那么，有沒有可以常溫儲(chǔ)存的燃料可以驅(qū)動(dòng)燃料電池呢？確實(shí)有。早在1997年俄羅斯建設(shè)的“拉達(dá)”級(jí)潛艇，就試圖采用一種“柴油燃料電池”，但是迄今為止20多年過去，也沒見到這種技術(shù)搞定，如今俄羅斯開始為太平洋艦隊(duì)，黑海艦隊(duì)生產(chǎn)全新的636.3基洛級(jí)潛艇，可見拉達(dá)級(jí)是真的救不活了，其核心問題就是柴油燃料電池實(shí)在是太過超前了，很難找到一種催化劑能夠在陰極裂解復(fù)雜碳?xì)浠衔铩?/p>

因此，如今世界上能夠做到的最好的液體燃料燃料電池，也只有直接甲醇燃料電池。

直接甲醇燃料電池解決了低溫儲(chǔ)存氫的問題，但是也帶來一個(gè)新問題：甲醇極高的毒性和可燃性。幾乎每年都發(fā)生的假酒致死案例，都和勾兌假酒的工業(yè)酒精中含有的甲醇不無關(guān)系。

甲醇致死只需要70ml，但是僅僅是皮膚接觸甲醇蒸汽就有可能中毒。尤其是甲醇對(duì)于眼睛的傷害頗為嚴(yán)重，無論是直接飲用，蒸汽進(jìn)入眼睛，都會(huì)導(dǎo)致視力喪失甚至失明。同時(shí)，甲醇揮發(fā)后也會(huì)形成高度易燃的空氣，密閉空間極易爆炸。因此，在一般遠(yuǎn)離人群使用的無人機(jī)采用甲醇尚可，但用于和指揮官一同推進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)人形——還是省省吧。

結(jié)語：珍惜每一度電

在中國建成三峽大壩和更多的核電站之后，90后及更早的人記憶中的“拉閘限電”逐漸成為歷史。很多年輕人也僅僅是在最近兩天反常的南方電力供應(yīng)短缺的時(shí)候，才意識(shí)到節(jié)約用電的重要性。事實(shí)上，為了讓我們每一個(gè)中國人都能用上電，通上網(wǎng)，我們的國家做了無數(shù)的努力，終于讓我國通電率達(dá)到了99%以上的世界頂級(jí)水平，但我們不能因電來的容易而浪費(fèi)電力，要知道，你浪費(fèi)的每一度電，都是整個(gè)供電產(chǎn)業(yè)鏈——采煤、鋼鐵、重機(jī)、化學(xué)、冶金、電網(wǎng)無數(shù)工人廢寢忘食所生產(chǎn)出來的。

在最后，本人向各位仍然在供電和發(fā)電一線堅(jiān)守崗位的電力人表示最崇高的敬意。