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第11章 能源的利用(2)

1661年4月20日中午,郑成功率领二万五千官兵乘大小战船几百艘,由金门出发横渡波涛汹涌的台湾海峡,经过一天航行,到达澎湖列岛,准备从台南地带的海岸登陆,而荷兰人曾在海岸建造了许多炮台,把守着战船必要的“南航道”和“北航道”。但封锁北航道的炮台1656年7月受暴风袭击倒塌,荷兰侵略军就把损坏的破船深入北航道,使船只难以通行。荷兰人认定郑成功不可能从北航道登陆,因此未加防范。

郑成功却熟悉潮汐规律,他出敌不意,偏从此航道进军。北航道退潮时水深不到1丈,但涨潮时水深可达1丈四五尺(相当于4~5米),几乎大小战船都可以通过。因此,1661年4月30日,郑成功命令官兵天亮时把船队开到此航道的鹿耳门港外等待,几小时后,潮水开始上涨,达几尺之高。全军在不到两小时内,大小战船全部通过北航道,顺利登上了台湾岛。登陆后经过了9个月的战斗,终于在1662年2月1日迫使荷兰军投降。

§§§第7节潮汐发电

我国有18000公里的海岸线,惊涛拍岸的潮汐,每年至少蕴藏着1亿1千万千瓦的能量。但在过去,潮汐除在少数地方用来推动水磨加工粮食外,绝大部分的潮汐能都寂寞地与日月为伴,白白的消耗了。只是到了近代,发明了电机和水力发电机后,潮汐能的应用才翻开了新的一页。

潮汐能同样可以发电,其原理和人力发电相同,都是用水力驱动水轮机发电。

世界上最早建成的潮汐发电站是1912年在德国布苏姆建立的潮汐发电站。日本第二次世界大战之前在朝鲜仁川首次实现了潮汐发电,仁川的潮汐落差达10米左右,有巨大的潮汐能。

1966年,法国建成了朗斯潮汐电站,装机容量为24万千瓦,是目前世界上规模最大的潮汐发电机。

1985年12月,我国在浙江省乐清北部的温岭县内建造了一座江厦潮汐发电站。发电功率仅次于法国的朗斯潮汐发电站和加拿大的安娜波利斯潮汐发电站,自1986年以来,已发电数万千瓦小时。

潮汐发电,从原理上来说,也是利用水流去冲击水轮机,带动发电机转动发电。但因为潮汐有涨有落,并不像水库中蓄积的水那样,有固定的水位,所以潮汐发电的设计,又表现出了它独特的思路和创造,以江厦潮汐发电站为例,它所在的海湾,潮汐涨落之差可达8.4米,工人们在港湾的狭窄处筑起一座长670米,宽5米,高16米的水坝。然后在高坝中间安装一排排水力发电机。当海水涨潮时,潮水从海湾内涌进,推动着坝上的水力发电机发电。

而当落潮时,滞留在港湾内的海水水位比港湾外海面的水位要高。因此,开闸让海水又从坝中向海中流去,再冲击水力发电机发电。这样,海水一涨一落,就像左右开弓一样驱动着水坝上的水力发电机,既不用石油,也不用煤炭,而是靠“老天爷”(太阳和月球的引力)来发电。

§§§第8节海洋波浪能

在海洋中,还有一种和潮汐一样永不停息的波浪,它是由风力引起海水周期性上下涌动的海浪,其中也蕴藏着巨大的能量,科学家们计算,平均每平方公里的海面上,波浪产生的能量可达到每秒钟20万千瓦。

瑞典哥德堡哈利迈尔大学的研究人员,从20世纪80年代初开始,进行了长达6年的海浪研究,他们在太平洋南部的海洋中,记录到了高达24.9米的海浪,经过计算后,他们惊异地发现,这种海浪在20秒钟内能产生7万千瓦的电能,可供17万千户高耗电的德国家庭使用一年。

海浪的威力的确惊人。在荷兰的阿姆斯特丹港,曾发生海浪把一个20吨重的混凝土块举到7米高的空中的奇迹。

因为海浪是由风引起的,因此风越大,海浪也越高。既然海浪中蕴藏着如此巨大的能量,科学家们就总想用它来为人类造福。但是在发电机普及之前,这一愿望始终未能成为现实。

自从有了水力发电之后,人们立刻打开了思路,加上海上导航灯塔的守塔人员饱受用煤气灯不方便之苦,迫切希望用不怕风吹雨打的电灯来照明导航,利用海浪发电的设想就应运而生。

1964年,这一愿望首先在日本实现,制成了世界上第一盏使用海浪发电的航标灯。但当时,这海浪发电机发出的电能仅60瓦,只够一个灯泡用来照明。不过,这盏海浪发电航标灯非同小可,它为解放单独寂寞的塔灯值班人员开辟了道路。从那以后,在大海航道上不断增添了不用人看守的灯塔。

海浪发电首先在日本毫不奇怪,因为日本是一个岛国,它的海岸线长达13万公里,四周围着这么长的海岸线的海面,到处是取之不尽的海浪能,而日本的能源又非常紧张。可以想象得到,日本决不会仅仅满足于航标灯使用海浪发电的成绩。

从1947年开始,日本海洋科技中心进行了大型海浪发电装置的研究。并于1978~1979年在山形县鹤岗市由良海域建造了一艘大型海浪发电船“海明”号,年发电量可达19万千瓦小时。这座海浪发电船长80米,宽12米,重788吨。船体像一个无底的箱子倒扣在海面上。在臬内的空气当海浪上下起伏时受到压缩,使空气压力增加,有点像打气筒向车胎内打气的过程。被海浪压缩的空气高速喷向空气涡轮机驱动它旋转,再带动发电机发电。

1988年,日本在千叶县九十九里町片贝海岸又建了一种新式的海浪发电装置,发电功率为30千瓦。这种发电装置由波能吸引器、送气管、恒压罐和压缩空气发电机组成。它的特点是恒压罐能使压缩空气经恒压处理后再送入压缩空气发电机,得到稳定的优质电力,克服了老式海浪发电装置发电不稳定的缺点。

1985年,前苏联莫斯科动力科研所也成功地建造了一个重力波浪发电站。除为海上浮标照明供电外,还为船上的蓄电池和海边的村落供电。这种重力波浪发电装置能抗击狂风的袭击。其工作原理是利用海浪冲击浮在海面上的一个空心钢球,当钢球从浪峰上落下时,以自身的重量压向平台,迫使和它相接的连杆朝相反的方向运动,以此方法获得动能然后再转变成电能。

电能可以通过导线输送到远方,改变了过去对海洋能只能就地使用“不靠海吃不了海”的局限性。

目前,世界上凡是有海岸线的国家都在研究利用海浪发电。我国科学院广州能源研究所于1986年1月,在香港举办的“广东省经济贸易展览会”上,展出一种海浪发电装置,已进入国际市场。这种海浪发电装置可为海洋航标灯及海洋水文、气象自动遥测浮标提供电能,重量仅16.5公斤。

1990年,我国建立了一座试验性海浪发电站。现在正在筹建20千瓦的海浪发电站。预计不久的将来,海浪提供的洁净能源将为我们效力。

§§§第9节温差能

海洋学家早已知道,海洋的深层水,温度低而且稳定,当水深达到300~500米时,水温在2~5℃之间,而且终年不变。而海水表层温度就要高些,在地球南纬30℃和北纬35℃之间的许多海域,表层水温有时可达25~28℃,当表层水和深层水的温度超过17℃时,就可以利用这种温度差使氟利昂或氨等低沸点物质变成蒸汽,再用蒸汽驱动涡轮发电机发电。据海洋学家估计,全世界海洋中的温度差所能产生的能量达20亿千瓦。

早在1881年9月,巴黎生物物理学家德·阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。他在一本著作中指出:“只要把一个蒸汽锅炉放到30℃的温泉中,再用15℃的自来水把一个与之相连的冷凝器灌满,就会产生15℃的温差。这时,如果用含稀硫酸的水灌满锅炉,并加热到30℃的锅炉中就会产生有343厘米水银汞柱高的蒸汽压,而冷凝器内的压力约为206厘米,这一压力差足可以推动发电机发电。

1926年11月15日,法国科学家建立了一个实验温差发电站,证实了阿松瓦尔的设想具有现实可能性,并且用一台小发电机持续发出了3瓦功率的电力。1930年,阿松瓦尔的学生克洛德在古巴附近的海中建造了一座海水温差发电站,可惜它不久就被风暴摧毁。

20世纪70年代,美国在维尔京群岛用氟利昂和氨作介质,利用25~28℃的表层海水和2~5℃的深层水的温差,使氟利昂和氨变成蒸汽,推动涡轮发电机。

1979年,美国又把发电能力为50千瓦的温差发电机建在一艘停泊在夏威夷海面的驳船上,然后用5根取水管从600米左右的深水中吸的低温水,以便和表层水形成温差源。

尽管为解决石油短缺的困难,美国下决心利用海洋温差能,但目前这种发电方法的成本仍然太高,难以实现商业应用。

温差发电的过程大致是:由一台冷凝器、一台汽化器、一个泵和一台涡轮机组成一个类似电冰箱的封闭系统,在这个系统中注入氟利昂和氨等低温点物质,冷凝器起热交换作用。液态的氟利昂从冷凝器流入汽化器,汽化器因被表层高温海水加热而使氟利昂变成蒸汽,蒸汽再驱动发电机发电。然后,蒸汽被泵抽到冷凝器中,由于冷凝器总是用深层的低温海水冷却,所以气压的氟利昂回到冷凝器后就又变成液体,液体氟利昂再泵入汽化器,如此循环不已,完成连续发电的过程。

§§§第10节海流能

在海洋中,除潮汐、海浪外,还有一种不易察觉的海流动力。它曾创造出许多动人的故事。1856年,在大西洋比斯开湾的海滩上,一艘双桅帆船上的水手们偶尔拾到一个外面涂满沥青的椰子壳。打开椰壳,里面是一张写满了字的羊皮纸。但在羊皮纸上记录的内容,却是1498年著名的航海家哥伦布在航行中写给西班牙国王和王后的一份报告书。记述了和他同行的一艘帆船沉没了,另一艘帆船上的船员又不听他的指挥“造反”了。哥伦布当时想借海流将装在椰子壳中的报告传送到国王手中,向国内报告这一事件,谁知报告并没有流到西班牙,而是流到比斯开湾的海滩上,在那里沉睡了358年之久。

航海的人和渔民,早就知道海洋中有海流这种动力存在。但对海流的规律并没有完全掌握。因此,利用海流作通信手段,十有八九会使收信人得不到信息。

海流还经常制造一些吸引人的新闻,例如,美国《纽约时报》1992年9月27日就报道了一件由海流“制造”出来的新闻。说的是在1990年5月27日,一艘叫“汉萨卡里尔”号的货船在从南朝鲜海域驶往西北太平洋途中,因遇到风暴,甲板上的5个集装箱葬身海水,这5个箱内有8万双“耐克”鞋也就“付之海流”,损失惨重,当时,大概谁也不抱希望能再见到这批“耐克”鞋了。

可是,从那以后,从加拿大的不列颠哥伦比亚省到美国的俄勒冈州沿岸,以及远至太平洋中部的夏威夷海滩上,不断出现数以千计的各式“耐克”鞋。

有两位海洋学家,即西雅图物理海洋探测公司的柯蒂斯·埃布斯迈耶和詹姆斯·因格拉厄姻,听到这个消息后,便开始沿岸收集这些漂洋过海的“耐克”鞋,收集到的鞋只竟达1300只。

这些鞋证实了海流的确存在。由于许多“耐克”鞋是能漂浮的,因此一些海洋学家预言,如果以往有关太平洋中海流的学说是正确的,几年之后,有些耐克鞋将漂到日本和亚洲的海岸。

海流在海洋中不像陆地上的河流有明确的两岸,但是却像河流一样有比较固定的流动路线,因此才称为“海流”。海洋学家已经知道,世界上最大的海流有几百公里宽,上万公里长。例如,在北半球的中纬度海区里,被海上盛行的西风驱动着的海水,就形成自西向东的北大西洋海流和北太平洋海流,在遇到海洋东岸后,又各自分成向南和向北的两个支流。在南半球的中纬度海区里,由于西风盛行,加上这一海域自西向东时没有海岸的阻挡,就形成了绕地球一周的超万里的南极环极流。

因此以往许多人利用几百公里宽和上万公里长的海流来投递信件的作法,实际上很少成功。

不过,海洋学家还另有打算,他们大量往海洋中投掷椰子壳或其他密封水瓶,里面放进卡片,写明投掷时间和地点,并注明要求拾得者填写拾到卡片的时间和地点,以便根据这些资料了解海流的方向、路线和速度。

例如,据记载,在1894年~1897年的三年中,人们往海洋中投放过3500多个漂流瓶。1899年,有人在阿拉斯加海投放的漂流瓶,经过6年时间,漂流了4000多公里流到了冰岛沿岸,这就说明,这个海域的海水平均每天流1.8公里。1962年6月20日,还有人在澳大利亚的皮尔斯投放了一批漂流瓶,经过大约5年,有一些漂流瓶流到了美国东海岸的佛罗里达州的迈阿密海岸。科学家们分析,这些漂流瓶是绕过好望角沿非洲西岸北上然后横流大西洋,途中经巴西、墨西哥湾,穿过佛罗里达海峡到达迈阿密沿岸的,流程21000公里,平均每天流动14.4公里。

由于海流对海洋中的许多物理、化学、生物过程和地质过程及海洋气候变化都有影响,因此很受海洋学家的重视。研究海流的规律,对渔业生产、航运、排除污染和军事都有重要意义。它作为一种特殊的动力正日益受到人类的关注。

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