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气象是个宝——造福

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

气象是个宝——造福


任何事物都带有两面性。事情过了头,也就走向了反面。气象也是这样,

虽然人们对气象灾害深恶痛绝,但是人们又不得不承认:现实生活与气象条

件的关系太密切了。不知道你是否相信,气象还可以为人类造福呢!

   

用不尽的气象资源


随着大气污染的加重,全球二氧化碳排放量的增加,人们对目前使用最

普遍、占有比例最大的煤、石油等不可再生资源,丧失了部分信心。在当前

还没有解决完全消除污染的技术前题下,一种可再生的、清洁的新资源重新

被人们所注意,这就是气象资源。气象资源已经投入运用的有风能、太阳能

等,水能、热能也可以包括在里面。此外,还有如雷电的运用也在研究中。

古老而又新颖的风能

风能说它古老,是因为在很久以前人们就已经认识到了它的价值,并对

它进行了开发利用;谈它新颖,是说古老的风能到今天又焕发出新的活力,

新的运用方式大幅度地开展起来。

风能,从根本上说,它是太阳能转化后的一种形式。全球风能总量大约

有 3.6×1015 瓦,而在大气边界层以下可以利用的风能约有 1.3×1015 瓦。这

就表明,风能一年可以提供 1.1×1016 度的电力总量。而这个数字却是世界

消耗总能量的三千多倍,这可真是一个惊人的数字。


风能利用的历史比较久。我国古代人民很早就利用它来驱动帆船。据《物

原》记载:“燧人以瓠济水,伏羲始乘桴,轩辕作舟楫,……夏禹作舵加以

篷帆樯。”可以说,有人把夏禹作为帆的创始人,由此推出风能使用有三千

多年的历史,是很有见地的。我国劳动人民还制造了水平风车,如明代宋应

星的《天工开物》说:“扬郡以风帆数扇,俟风转车,风息则止。”就是例

证。明朝的方以智在《物理小识》中描写了风帆灌田的事实:“有风帆六幅,

车水灌田,淮扬海填皆为之。”至于用风力加工粮食,有人据《水车行》的

记载内容:“零陵水车风作轮,缘江夜响盘空云,轮盘团团经三丈,水声却

在风轮上,……”表明水车使用的时间很长,也不为过。

其实,明朝航海家郑和下西洋,他率领的船队就使用了大风帆,这是有

目共睹的事实。另外,公元七世纪时,我国还建有一种“走马灯”式风车,

它使用垂直轴风轮。此风车不受风向改变的影响,风轮总是朝一个方向转。

有人考证说,在清代中叶周庆著《盐法通志》上就有关于它的笔录。

但这并不表明国外利用风能比我国要逊色。约在几千年前,埃及人就利

用风帆来划桨、磨谷、提水;波斯人在公元 700 年前还用过风车碾米。公元

1185 年,英国的约克郡制造出西欧第一台风车。此后到 14 世纪时,荷兰人

开始利用风车来排水和灌溉。18 世纪,荷兰使用的风车达到近万座。19 世纪

中期,美国用于提水灌溉的风车约有 600 万台。用风力发电是本世纪以来的

事。1910 年丹麦人成功地建造了世界上第一座风力发电站。这样一来,人类

利用风力又创下了新的纪录。

风能的使用后来一度沉寂,主要是因为使用煤、石油的蒸汽机、发动机

占了很大的优势。但从本世纪 70 年代开始,由于“能源危机”的爆发和污染

问题加重,这使人们把目光重新投向了风能。

现代风能的最大利用是发电。起初国外使用的是卧车风力发电机,发电

功率不过 100 千瓦。美国在 1945 年 3 月还建有一个输出功率为 1200 瓦的大

型风力发电机,但运行时间不长。现在美国风力发电的电量只占总发电量的

0.1%,在加利福尼亚州有五个风力发电基地为近 100 万个家庭提供用电;在

这之中的一个电厂竟有 2400 台风力机,总装机容量为 24 万千瓦。欧洲、美

国风力机单机容量以 300 千瓦以上为多。世界上最大的风力发电机装机容量

为 7.2 兆瓦。

我国的地面风能总量可以利用的约有 1.6×1011 瓦,主要分布在东南沿

海、内蒙古以北,以及西北地区。

我国在 50 年代研制过风力提水机和风力发电机。60 年代时,一批风力

提水机得以生产。80 年代时,我国在一些地区推广了 500 瓦以下各种型号的

小型风力发电机,它能够用于照明、各种家用电器的使用。到 1985 年时,我

国从丹麦引进了 55 千瓦的风力发电机,在山东某地进行了安装,风力发电开

始转向生产。此后,从荷兰、美国、德国等地,100 千瓦、150 千瓦、200 千

瓦等各种机型也被引进我国。

我国从 1992 年开始安装自己研制的 55 千瓦风力发电机。国产最大的 200

千瓦风力发电机也在 1991 年并网发电。这些都表明我国的风力发电发展迅

速。1994 年、1995 年我国还承办了几次关于风力发电的国际会议,相信我国

风力发电前景是美好的。

需要补充的是,设置风力电厂也属于风力发电的范畴。风力电厂是风力

发电的高级形式。在风力资源丰富的原野、荒坡上,安装成片成片的风力发


电机,并网运行,由微机统一管理,向电网输送强大的电力,这显然是一种

综合风力发电的新举措。

风力电厂的建设只有十多年的经验。美国、西欧从 80 年代初开始建立风

力电厂。美国在阿尔塔蒙特山口风力电厂安装有风力发电机五千多台,总装

机容量可达 550 兆瓦。这么大的功率完全可与核电、水电媲美了。风力电厂

投资收效快、效益高、建设周期短、发电成本低,具有很大的经济价值,引

起了我国科学家的浓厚兴趣。

我国从 1986 年就开始风力电厂试验。其中已建成七大风力电厂。其中最

大的在新疆达坂城,总装机容量约 300 千瓦。1991 年我国能源部召开风力发

电建设规划会议,决定到 2000 年实现风力装机 1000 兆瓦的容量。

意想不到的太阳能

太阳能的运用你一定听说过,如人造卫星、宇宙飞船,以及太空空间站

都镶有太阳能电池。太阳能和风能比起来,同样具有取之不尽、用之不竭的

优点。太阳向外放出无限的光辉,那源源不断的能量一直在等着我们去开发。

太阳能的直接利用不难理解,比如太阳能热水器、太阳灶有人可能见过。

但太阳能用于交通运输上你或许想都没想过,但的确已经取得了成功。1982

年 12 月 19 日,两个澳大利亚人用玻璃纤维和铝制成了一部“静静的完成者”

太阳能汽车。该车顶部装有能吸收太阳能的装置,能给两个电池充电,电池

再给发动机提供电力。两人驾驶着这辆车,从澳大利亚西海岸的佩斯出发,

横穿澳大利亚大陆,于 1983 年 1 月 7 日到达东海岸的悉尼,实现了一次伟大

的创举。而太阳能飞机“太阳挑战者号”在此前一年就已诞生,该飞机成功

地飞越了英吉利海峡,给世界航空史增添了新的色彩。

当然,太阳能飞机、汽车还不能很快地普及,但太阳能热水器、太阳灶

却已经在人们的生活舞台上扮演了重要的角色。以日本为例,日本安装有太

阳能热水器 1700 万台,可以供应 72%的家庭洗澡,仅此一项,该国就可以

每年节约 150 万吨煤,真是不可小瞧。

太阳能能够为电池充电,理所当然也可以用来发电。1982 年  11 月   1

日,美国建成了“太阳一号”电站,它座落在美国加利福尼亚州巴斯托。这

个电站装有一个旋转塔,旋转塔使上面的反射镜始终对准太阳光,太阳光被

集中后会获得高温,再带动蒸汽机来进行发电。其他国家和地区也建有太阳

能电站,法国有“席米斯”、欧洲共同体有“欧雷斯利奥斯”、国际能源署

有“阿尔梅里亚”,它们分别座落在法国、意大利、西班牙。

别出心裁的是美国费城富兰克林研究中心的研究人员,他们提出了在轻

型气球上建立太阳能电站的设想。他们的具体步骤是:把一个直达 1600 米的

气球发放到近三万米的平流层高空;再在气球上装上一个巨大的抛物面反射

器,把收集到的太阳辐射能转换成电能并输入微波器件;微波器件再利用天

线将微波束聚焦,向地球发送;地面则将这些微波束转换成电能。根据估算,

这种装置大约可以把 10 万千瓦的电功率传送给地面。

建立气球太阳能电站原理简单,可行性大,只是投资比较高,但是它回

收比较快,综合看来还是合算的。据说,富兰克林研究中心的人员已经研制

出了直径达 200 米的高空气球,并正在做模拟实验。

太阳能可以用来发电,而电能综合利用,所以围绕太阳能的各种新开发

地出现了。太阳能住宅、太阳能动力工厂、太阳能岛应运而生。

德国弗芝恩霍夫太阳能研究所设计了一种先进的太阳能住宅。这种住宅


的外壁安有人工隔热材料,外面黑色的石墙可以吸收阳光,经过加热后再把

热传导到墙后面的房间内。夏季时,玻璃罩板与隔热层之间还有自动反射卷

帘,它可以切断天然加热。建筑屋顶还有三十多平方米的太阳能电池,可直

接把阳光转化成电能。电能除了用于照明外,还可以接通电解器,用于分解

水分中的氢和氧,为烧饭等提供燃料。

美国华盛顿还建有一个工厂,它的房顶上有三千多张太阳能电池板,可

获取 200 千瓦的电力,足够工厂每天使用。

最出奇的是日本。日本通产省有 14 家公司,准备在 2010 年到赤道附近

的太平洋上建一个太阳能岛。这个岛的面积约有七平方公里,它的上面有三

千多个六角形浮体,此浮体铺有太阳能电池板,能产生巨大的能量。而在太

阳岛附近,还有一个平台,平台上的设备能利用太阳能进行分解水以获取氢

气。氢气液化后,就可以充作像石油、天然气那样的能源。

对于风能、太阳能的利用要附加一句,即太阳能、风能的互补发电。因

为太阳能、风能都有间断、不稳的特点,但是在时间的分配上却有明显的相

位差:冬季风大,太阳辐射弱;夏季风小,太阳辐射强。如果两者互补,就

可以获得稳定可靠的电力。我国从 1991 年开始进行太阳能、风能互补发电的

研究,并于 1993 年试验成功,一批成套设备在一些地区已开始安装。

等待开发的雷电

雷电是一种放电现象,它能一次放出达 10 亿焦耳的电量,足以消灭地球

上任何一个小小的生灵。或许正是因为如此,它才受到人们不公平的谩骂和

诽谤。

但是雷电给人类带来的好处却数不胜数。雷电曾使地球上最早的有机化

合物产生;它净化了大气,并分解电离出氧化氮、一氧化氮,给地面土壤带

来了肥料。雷电是自然产生的,人工可否仿照其条件,产生雷电,并为我所

用呢?这很难回答。但是雷电的巨大威力可以利用却是真的。日本人就借助

雷电进行过矿山的爆破开采。美国一些工程研究人员认为,雷电产生的巨大

冲击力可以应用到土木工程上,雷电的高温可以破碎岩石,达到爆破的目的。

可不可以说,日本的爆破试验是一个应用雷电的开头呢?现在还不能下这个

结论。但雷电可以利用,这是千真万确的。

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