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第6章 各具特色的能源(4)

太阳Ⅱ计划的技术要点和优点如下:熔融盐基本上是无害的,到648.89℃也不会产生腐蚀,在537.78℃左右也可发挥其性能。与含油溢出污染地下水的现有设备不同,如果有熔融盐溢出,可以将其回收、净化,并返送回系统中继续使用,这样不会产生污染。计划预定将水蒸气储气罐变为熔融盐,盐成为贮热媒体。所使用的盐是钾、钠的硝酸盐,一般为硝酸钾,熔点为223.89。在287.78℃-565.56℃运行。

爱迪生公司实施的第2个计划是在加利福尼亚州Zzyzx的沙漠研究中心实施。该计划的目标是探索向偏远地区提供发电设备和建设的可能性。现在其可移动发电设备正在将能源提供给具有12栋建筑物的沙漠中心。Zzyzx的电力主要由丙烷或柴油发电机获得,尚存在产生噪音的污染问题。

新的系统由10千瓦的PV模块和5180瓦时的密封型蓄电池组成。这种新系统还备有阴天或能量使用多时的蓄电池充电设备和丙烷发电机作辅助电源。

爱迪生公司南岸大气管理部,在高速公路备有电动汽车自动充电用PV设备。这种试验设备是24千瓦的PV阵列,装上太阳能充电孔,设置于管理部停车场的简易车库屋顶,PV将太阳光转换为电力,再用转换器将电能转换为汽车所需的交流电。

太空发电站

由于太阳向地球送来的能量易受多云、阴雨等气象变化的影响,给地面太阳能的开发利用带来一定的困难。因此,科学家们又将探索的眼光透过云层移向太空,使得一个雄心勃勃的大胆设想——开发利用太空太阳能,以期解决21世纪全球规模的供电和能源利用问题。

1968年由美国格拉泽博士提出的这个开发太空太阳能发电蓝图,在20世纪70年代,世界能源危机时受到广泛关注,美国航天局曾耗资2000万美元进行研究,以后,日本、前苏联和欧洲各国也进行了各种研究。近年来,随着光电技术、航天技术、微波技术等高科技的飞速发展,也加快了这一蓝图的进程,使这一设想有可能得以实现。为此,1991年8月来自世界各国的数十名科学家会聚巴黎,进一步讨论了建立太空发电站的技术问题。

格拉泽设想的太空发电站,将被放置在距地球36000公里的同步轨道上运行,能固定在一个位置向地面的固定区域供电。蓝图中的发电站的太阳光电池板组,宽50公里,长100公里,可以每天24小时进行“三班”连续作业,而不受任何影响,高效地吸收太阳能,将其转换为电能,以强大的微波流的形式发送到地面接收站,接收站直径为9公里的“整流天线场”,接收后再经转换器将微波重新变成用户所需的电力。该发电站的发电能力设计为500万千瓦,其电力足够供应整个纽约市的用电。

世界首座太空太阳能发电站,已由美国在20世纪末,首先上天发电。到2025年将有上百个这样的人造太阳能转换发电站,高悬在太空环绕地球运行,源源不断地将太阳能转换成电能,造福于人类。

日本通产省开始致力于发射搭载太阳能电池的同步卫星,将太阳能传送到地面的宇宙阳光发电系统的开发。为试制能量收发设备等,新能源产业技术综合开发组织(NEDO)从1994年度起将设立专门委员会,着手开始设备的正式试验。

宇宙阳光发电系统先在人造卫星上安装太阳能电池,利用放大器将吸收的太阳能转换成波长极短的微波(极超短波),送到地面的收集器并在地面重新获得电能。

1994年起将试制发射机,进而转入实验阶段,试制机的开发预计由设在NEDO内的委员会担当。

美国航空航天局也将宇宙阳光发电列入计划。日本通产省在进行试图自主开发之同时,还在研究与欧美有关研究机构等就系统的实现开展协作。

日本文部省宇宙科学研究所于1993年2月18日进行宇宙微波送电试验。计划从鹿儿岛县内之浦町的鹿儿岛宇宙空间观测研究所发射小型火箭S5-20号。到达上空二百多米高度后,分离出子火箭,然后由母火箭向子火箭进行4分钟的微波送电试验,以查明微波对电离层的影响。即母火箭载发电机发射约800瓦的微波,由距离母火箭16米左右的子火箭以天线接收,同时查明当微波通过电离层时对地面短波通讯有无影响。

宇宙发电于1981年由美宇航局和能源部提出,设想在地球上空建60×1000万千瓦大型光电站以充分利用太阳能向地球发电,由人造卫星和宇宙空间站送电。近年来,作为解决地球温室效应的根本措施,由日本京都大学和神户大学开展基础研究,并预测本世纪从10千瓦级起步,2050年将达50亿千瓦。在1992年夏,从地面微波送电操纵的飞机模型已试飞成功,故接着开展此项试验。

太阳能的多种用途

太阳光照明:太阳光采光系统已获日本优秀技术奖。开发这种采光系统的目的,在于提供利用地下空间建植物工厂、地下居住房等所需的阳光。这种采光系统经改进还可作为家庭用采光系统,也可使采光面积由现在的5平方米增到30平方米,实现其大型化和超大型化。太阳采光系统具有以下特征:

①使用反射的导光方式用反射镜采光,成本低且采光效率高;由于用空间直接导光,几乎不产生导光距离的光衰减,且导光效率高。

②采用直接跟踪太阳方式可任意选定设置装置地点和方位,也可和建筑物合并设置;采用计算机跟踪太阳,不需停电时使用的非常蓄电池;雨天、阴天和夜间可自动停止,节省运行费用。

③在跟踪太阳光时,用单纯的连杆机构控制反射镜,向所定方向导光,结构简单,而且不会产生累积误差。

④阻止有害紫外光和红外线进入

太阳光采光系统由丙烯制的圆顶和反射镜等组成。使用该系统紫外光和红外线不能一起进入。

现在以住宅正厅、北侧居室、地下室等为对象的小型太阳采光系统已批量生产;可为地下35米的地下室送入3万勒克司自然光的中型采光系统已安装于美国明尼苏达大学的地下空间中心,由多面反射镜组成,可对办公室的正厅等大面积采光,而且采光效果相当好的大型采光系统也已建成。

太阳能氢能发电:加拿大多伦多地区能源负责人宣布,政府已拨款11.8万加元用于开发一种太阳能氢能发电系统。承担这项开发任务的是多伦多地区的一个电解工业公司。这项任务能有效利用电解水系统,开发氢储存系统,研制太阳光氢能发电系统。首先用工业电解装置将水分解为氢和氧,并以它们作为燃料发电。另一发电系统是太阳能电池,将其所发出的电能用于电解过程。两者结合使发电成本有所降低,又由于氢为清洁燃料,故这种发电系统对环境无污染,对一些无大电网供电的边远地区而言是经济、实用的发电方式。

太阳能汽车:日本东京电机大学工业部和本田技研工业公司、精工埃普孙公司、京陶公司等单位合作开发成功轻型太阳能汽车,在晴天时充电3小时后便可供行驶1小时(约40公里),同时,还可利用汽车停车场的光电池充电,延长行驶时间,这样可减少汽车排气污染,给城市带来很大好处。

该车原型车采用本田技研工业产品“今日牌”轻型车进行改装,驱动用新开发的轻型高效直流电动机,最大出力达16千瓦,能源转换效率高达85%,比普通的无刷直流电动机高5个百分点;重量仅29公斤,又比原机轻25%。光电池板为多晶硅电池板,在车体上装有2平方米集光板,此外,另在停车场屋顶上装有10平方米,可向车上的电池充电,充足电后一次行驶可达240公里,最大时速可达90公里。此车已经在日本东京代代木公园举行的“低公害车展览会”上展出。

日本电气公司研制成四轮高速太阳能汽车,起名为“童梦”F-9100号,车长5.1米、宽1.9米、高1米,可载2人,马达最大功率为20马力,最高时速100公里。它为当今世界最高速太阳能汽车。

太阳能汽艇:日本三洋电机和山叶马达配合,设计出一种AmortonFloner双的汽艇,这种汽艇由非晶硅太阳能电池供电。太阳能电池发的电通过舷外马达的电池,推动马达运转。艇速可达4.02公里/时,太阳能电池完全充电可以行驶13.3公里。

太阳能飞机:20世纪70年代末,国外开始研究太阳能飞机。1979年4月29日,美国加州的弗拉博布机场,一架“太阳高升”号太阳能飞机起飞,在12米高度只飞了1分钟,航程才800米。同年6月13日,英国的“太阳一号”太阳能飞机,以每小时65-78公里的时速,飞行了1200米。1980年8月7日,美国的“浮游企鹅”号太阳能飞机,在加州爱德华军用飞机场飞行了15分钟,航程3.2公里。1981年7月7日,美国设计师麦克里迪设计制造的一架取名为“太阳挑战者号”飞机,第一次成功地飞越了英吉利海峡,并以每小时50多公里的航速,飞行了5小时23分钟,航程达302公里。经过设计和制造上的不断改进,太阳能飞机正越飞越远。

美国洛克希德公司正在研制一种带电动机和太阳能电池组的无人驾驶飞机。太阳能电池组给蓄电池充电,驱动一台发动机,即使在夜间该发动机的功率也可达到12千瓦。这架翼展100米、重约1吨的飞机不会污染环境,实际上它可以永久在空中飞行,只有每年一次的例行修理才需要它返回地面。这架飞机于1993年试飞,高度为20公里,利用电视摄像机对农作物的成熟情况进行观察,以及完成其他使命。

日本三洋电机首创太阳能飞船,取名为“太阳蛋”。太阳能飞船全长7米,高2.5米,飞船顶部装有5.6平方米、输出功率约280瓦的太阳能电池板,通过光电转换产生电能,并蓄存在镍蓄电池组中,作为推动飞船螺旋桨电机的动力源。由于飞船采用太阳能作为动力,因此无需从地面供给能源,可长时间在空中飞行。

太阳能冷冻机:印度科学家研制成完全靠太阳能运转的冷冻机,达到了免费运转。

该机的制冷基本原理和通常的冷冻机是相同的:冷冻剂在低压下通过绕在冷冻器上的冷冻管循环,由于压力降低,便蒸发为气体,结果从冷冻器吸走热量。

但是在这台机器内,通常用电力驱动的压缩机已由一台吸收发生器所替代。

完全靠太阳能的冷冻机,冷冻剂蒸气并不先受到压缩,而是被一种液态吸收剂吸收,因此,这一溶液便受到了压缩。由于压缩蒸气比压缩液体要多消耗能量(需多耗150倍的电力),所以这台设备就大大地节省了能耗。

只要少许热量,便可把冷冻剂从溶剂中蒸发出来,变成蒸气,因冷冻剂沸点比吸收液低。蒸气由此到达冷凝器凝结为低压液体。低压液态冷冻剂由此循环到冷冻器内蒸发吸热、制冷。

太阳能空调机:日本三洋电机公司研制的太阳能空调机是用太阳能电池和商用电源运行的家庭用倒向式空调器,在日照量少的阴雨天或夜晚,以商用电源作备用电源,可放心使用。这是世界上最早的商品化太阳能空调机。该机具有以下特点:

①干净,无二氧化碳和有害气体放出;

②与商用电源并用,不用担心受天气影响;

③太阳能电池根据日照量发电,对夏季电力调峰有相当大的作用,并可进行最大量的电力贮太阳能电池根据日照量发电。晴天可供给空调器电力消费量的50%左右,而在阴雨天发电能力减少,但由于气温升值少,可提供空调消费量和晴天差不多。

太阳灶:由北京节能技术服务中心研制的新产品PBD1.8-A折叠式太阳灶的灶体由三个镶嵌反射板的箱体和调节装置组成。反射板用复合材料制造,具有较高的光学效率,因而热效率很高,其接收器底部温度可达800℃-1000℃。

这种折叠式太阳灶的特点是调节装置的零件可拆卸,装在中箱背盖内,两个侧箱可以折叠收起,形成一个箱体,因而保存及运输极为方便,适合于家庭及边远地区使用。

美国推出一种价廉实用的简易太阳能灶。该灶用硬纸板、玻璃板、薄金属板和铝箔制成,分内、外箱两部分,两箱之间为绝热层。做饭时,只要把外箱盖打开,面向太阳,把蒸饭用的器皿放在黑色金属板上即可。这种太阳能灶的最高温度可达到135℃,蒸熟7公斤米饭需要2小时。

太阳能净化环境:现有净化污水的方法,是不能去掉水中的有害物质,只能简单地将有害物质排放到大气中去,或者输入到碳化床内加以脱除,但是,美国的许多工程师认为,太阳能有助于消除污水中的有害物质。

美国新汉普大学的弗雷德拉·K.马瑟在美国化学工程师学会年会上说,有许多研究人员对利用太阳能净化地下水进行了可行性研究。

新汉普大学利用TiO2作催化剂进行过多次试验,使阳光能更加有效地净化含有毒物质的水。

美国国家可再生能源实验室的格雷格·格拉策梅尔说,他们也有过类似的发现。过去在实验室和现场的试验中,已证实了所聚集到的太阳能能够消除氧化物、多氯联二苯和呋喃等许多有害的化学物质。

随着太阳能技术的发展,格拉策梅尔说,可将太阳能的强度聚集到比正常强度高2300倍。这样,就可使太阳能更加有效地消除有害物质。

他还说,经过研究表明,阳光中的高能紫外线光量,当其接触到有害废物时,也许可将有害废物焚毁。

格拉策梅尔又报告说,美国国防部经过美国武装有毒和有害材料机构,正在考虑利用所聚集到的太阳能,来消除各种武器上的污染物。

美国国家化肥和环境研究中心的戴维·萨拉德在会上也说,在TiO2的作用下,阳光可以消除污染地下水的农药,能提供最有希望的技术。

在试验中,美国能源技术中心迈克尔·普拉里说,TiO2催化剂仅能捕集到4%的太阳光谱,这样就“大大地限制了利用太阳能处理废物的效率”。

插上翅膀的能源——风能

风能是空气的动能,它是自然界存在的取之不尽的能源之一。产生风能的源泉是太阳,地球的各处受到太阳光照射,因受热情况各不相同,温度差异很大,温差进而产生大气压差。空气便由压力高的地方向压力低的地方流动,从而产生自然界普遍存在的现象——风。

风的能量是很大的,台风可以拔起大树,吹倒房屋,飓风可以把万吨巨轮掀翻。例如,1949年11月,大西洋发生的一次风暴,使600多艘轮船覆没;我国新疆罗布泊湖附近,古代有一座楼兰城,在一次风暴中被吹来的黄沙所掩埋;欧洲一次大风将25万棵大树连根拔起。

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