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人与自然 系列丛书-第252章

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此,太阳能利用进入了一个新的历史时期。 
  目前,人类利用太阳能主要有两种形式:一种是太阳能热利用,即利用太阳辐射能加热集热器,把吸收的热能直接加以利用。如果集热器匹配不同用途也就有不同名称,如太阳热水器、太阳灶、太阳能干燥器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调等。另一种是将太阳辐射能转化为电能加以利用。这种光电转换是通过半导体物质直接将太阳辐射能转换为电能,通常称这种过程为光生伏打效应,如太阳能电池等。 
  我国太阳能资源是丰富的,辐射年总量在3300~8400兆焦/米2·年。 
  5850兆焦/米2·年这条等值线,自大兴安岭西麓向西南,经河套沿青藏高原东缘到云南和西藏交界处,将我国分为两大部分,西北部太阳能丰富,东南部和川贵太阳能较贫乏。目前我国太阳能开发利用最好的大都分布在太阳能丰富的地区。据不完全统计,太阳灶有16万台,太阳能热水器250万平方米,被动太阳房180万平方米,太阳能农作温室34。2万公顷。 
  太阳能热发电、高温太阳能热发电,又称“塔式太阳能发电”。美国、日本、欧洲等已建成几座这样的电站。世界上最大的是美国能源部在加利福尼亚州莫哈维沙漠的巴斯托“太阳能1号电站”,功率10兆瓦,塔高100米,定日镜39。9米2×1818面。现在又在1号电站的附近,开始建2号热电站,也是10兆瓦,预计1996年完成,投资4850万美元。日本阳光计划总部建的两座1兆瓦、法国建的2。5兆瓦、意大利建的1兆瓦、西班牙建的1兆瓦等太阳能热电站,都在运行。由于太阳能热电站设备庞大,造价高,短期内尚难进入商业性发展,但它却显示出巨大的潜力。




风能利用 
  风能是地球上的一种自然资源。人类成功地利用风能历史比较悠久。在我国利用风力驱动帆船,在《物原》上记载:“燧人以瓠济水,伏羲始乘桴,轩辕作舟楫,。。夏禹作舵加以篷碇帆樯。”若夏禹是帆的发明人,至今已有3000多年的历史了。在甲骨文里的“凡”字,刻成“■”,据考证“帆”字的原始字样,就是来源于■,这一象形字也可说明帆在我国古代就已利用了。 
  在距今1800年以前的东汉刘熙所著的《释名》一书上,对帆字作了“随风张幔曰帆”的解释。明代宋应星的《天工开物》一书中载有:“扬郡以风帆数扇,俟风转车,风息则止。”这是对水平风车的一个较完善的描述。以后方以智著的《物理小识》载有:“用风帆六幅,车水灌田,淮扬海堧皆为之。”描述了利用风帆灌田的情况。 
  明代我国风车利用较普遍,童冀在他的《水车行》中有:“零陵水车风作轮,缘江夜响盘空云,轮舟团团经三丈,水声却在风轮上,。。”可见我国利用风力提水灌溉和风力加工粮食的风磨至少已有350多年的历史了。 
  风帆是一种最简单的风力机械,若将它用于驱动船前进的动力,这船就是风帆船。我国明代著名的航海家郑和,就是利用帆船从1405年开始下西洋,7下西洋,历时28年。这比意大利航海家哥伦布公元1492年第一次乘帆船横渡大西洋,约早了近90年。 
  我国沿海沿江地区,风帆船和风力提水灌溉制盐一直延续到本世纪的50年代,仅在江苏沿海利用风力提水的设备曾达20万台。 
  还要提及的,是我国创造的垂直轴风轮(也称立帆式)。它是将8个帆各编在一个直立的杆上,各帆的正中上端则各由一绳系之。当地称此为“走马灯”式风车。我国出现这种风车距今已有1300多年的历史,先于世界上任何国家。我国沿海产盐地区用这种风车提海水的很多,如大沽和塘沽一带在建国初期仍可看到。 
  立帆式风车不受风向改变的影响,风轮总是向同一个方向旋转,较之水平风车方便,不需要对风的装置,这是设计上最巧妙的地方。 
  清代中叶,周庆所著的《盐法通志》上有这种风车的记载:“风车者,借风力回转以为用也,车帆高二丈余,直径二丈六尺许。上安布帆八叶,以受八风。中贯木轴,附设平行齿轮。帆动轴转,激动平齿轮,与水车之立齿轮相搏,则水车腹页周旋,引水而上,此制始于安凤官滩,用之以起水也。” 
  但这种风车,创于何人还找不出明确的记载。 
  根据国外记载,埃及被认为是最先利用风能的国家。约在几千年前,他们就开始用风帆来协助奴隶们划浆,后用风帆磨谷、提水等。 
  波斯人在几千年前也开始利用风能,约在公元700年时,他们也有了立轴式风车。 
  据认为,是班师的十字军将风车的概念和设计带到了欧洲,可能是荷兰人发展了水平转轴、螺旋浆式的风车,这种风车在荷兰和英国的乡村是很普遍的。风力和水力很快就在中世纪的英格兰成了机械能的主要来源。在这一时期,荷兰人依靠风力来抽水、磨谷等,直到1750年,发明了扇形尾(当时电接风速仪上的尾翼)之后,才不必靠人去调准风车的方向了。荷兰人利用改进风车,广泛地用来排除沼泽地积水和灌溉莱茵河三角洲。18世纪荷兰曾有9000座风车排除人造地的积水。 
  1850年以后,美国在已有风车的基础上,制造成有名的“美国农场风车”用于提水,曾达到600万座。 
  总之,风力机械在蒸汽机出现之前是动力机械的一大支柱,随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得,各种曾经被广泛使用的风力机械,由于成本过高,功率过低,无法与蒸汽机、发电机等相竞争,渐渐淘汰。 
  十几个世纪相传的辘辘而转的风车,被马力巨大的现代化电力所取代。例如荷兰现有几百座风车,大多是为招徕游客而开动的。美国仅在边远地区有十几台作为古老景观。我国在沿海的盐场尚可见到几百台。 
  到本世纪初,风力发电开始出现了。德国、法国、丹麦、前苏联先后制造了卧轴风力发电机,发电机功率由十多千瓦到100千瓦。但都是试验性的。 
  美国还制造了一个额定输出功率为1250千瓦的大型风力发电机。叶片直径53米,于1945年3月,作为常规电站并入电网,后因一片风叶脱落而停止,仅运行了33天。 
  我国自50年代中期开始研制小型风力发电机和提水机,60年代,一些风力机投入小批量生产。 
  随着环保的需要,保护地球的需要,从1990年世界气候大会和1992年里约热内卢国际环发大会以后,人们对环保问题越来越关注,风能是无污染的洁净的再生能源,受到国内外人们的青睐。 
  我国发展风力发电从“六五”开始,正式列入国家攻关项目,当时是以解决农村能源为主,发展的是小型风机,100、200、300瓦等,一家一户一个风机,用于照明、收听录音机和看电视等,到现在约有15万台,每年以1。5万台递增。80年代末开始建立风电场,到目前已有10个风电场,总装机容量3。1万千瓦,最大的在新疆达坂城,装机33台,其中4台500千瓦,其余为300千瓦,一共10700千瓦。我国计划到200O年装机100万千瓦。 
  世界上最大的风电场在美国加州,其中一个风电场有2400台风力机,总装机容量24万千瓦,美国风力机总容量为171。7千瓦。欧洲总装机容量为172。5千瓦。 
  单机容量国际上认为300千瓦以上较好,在国内目前装机大都为300千瓦、600千瓦。在国外,1000千瓦在发达国家也开始试运行。世界上安装最大的风力机7。2兆瓦,叶轮直径128米。 
  我国有悠久的风能利用史,但与世界各国相比还显得较落后,1994、1995年连续召开几次国内国际会议,为发展风电采取的举措是前所未有的。表现出我国人民的一种决心,一种必须迅速发展我国风电的心情。




水刀的功用
  在南非一些金矿的矿井里,矿工们手握“喷枪”,从矿井的石壁上,轻而易举地“切”下了一块块坚硬的石英岩。“喷枪”里射出来的是普普通通的水。 
  在加拿大首都渥太华一家医院的手术室里,无影灯下,主刀医生手中拿着一支“笔”,从“笔尖”射出一股极细的水柱——医生们就是利用这细小的水柱,把病人的残肢“切”了下来! 
  美国的一家医院里,正在进行一例高难度的手术,医生用“水笔”给病人切除坏死了的肝脏。但见“笔尖”过处,那坏死了的部分肝脏被迅速地切了下来,血管里的血还来不及渗出就被止住。。水,有着非凡的功能。它不仅能为生命的存在和延续提供保证,而且人们今天还能利用水流喷射时的冲力,制成了“水刀”(也叫“水锯”)。这种“水刀”不仅应用在医疗战线,而且还在金属切割、食品和采矿等行业中大显身手。 
  “水刀”工艺实际上就是让水在高压条件下做切割工作。国外称它为“高压水流切割刀具”,它最早出现在加拿大。这种刀具的刀身是高压水流。高压水流从针箍状的喷嘴里喷出。这些喷嘴是用人造蓝宝石制成的,直径为0。076~0。635毫米。高压水流以每秒钟1000米高速离开喷嘴。因此,“水刀”可以轻松自如地切割各种材料——可以把厚厚的钢板切开,也可以“锯”出各种带曲线的图案和带花纹的原件,“锯”出精密度要求高、安装于航天器上的各种零部件。这些零部件的工艺要求高,难度又大,普通的切割刀具是难以完成使命的。 
  “水刀”——高压水流切割技术在切割工艺领域中还是一名“新兵”,但它却是一位“多才多艺”的“多面手”。比起它的“先辈”电锯、电弧切割和激光切割来,它有着更多的优点:“水刀”具有强大的威力,可以随心所欲地截切各种口径的钢管和不同厚度的钢板;能够切下花岗岩和石英岩之类坚硬的岩石。同时,在作业时,切割面上的温度能保持不
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