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第10章 气象知识锦集(7)

控制污染源是改善大气环境质量的最重要措施之一。据统计,至少有80%~85%的固体颗粒可以在排出烟囱之前被屏蔽掉,静电沉降器甚至可截获98%的粉尘,一些有害气体,在未进入大气之前,可经过有害气体的净化方法,得到净化。我们知道化石燃料(如煤、石油)的燃烧,是造成大气污染的重要原因,因此,开发无害能源,改变燃料构成,革新能源利用设备,改进燃烧和烟气净化技术,是减少大气污染和提高能源利用率的重要途径。

现在,有些国家正在积极研制低成本的电动汽车和用氢气作燃料的汽车。在这种汽车没有普遍使用之前,许多国家规定了汽车排放废气的污染量。

美国环保局早在1975年就规定,新生产的汽车行驶时排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物,不得超过旧车的10%。这种规定已经收到了极佳的污染控制效果。

造林绿化,是保护环境,净化大气,防止大气污染最有效的手段之一。

森林,有一个美称叫做“天然的空气净化师”。它不仅可以调节空气温度、湿度、调节小气候,而且可以净化大气。林木可以吸收二氧化碳,放出氧气。

通常,1公顷阔叶林,一天能吸收1吨二氧化碳,放出073吨氧气;生长良好的草坪,每平方米每小时可吸收二氧化碳15克。以成年人每日呼吸氧气075千克,排出09千克二氧化碳计,城市居民每人平均有10平方米林地或50平方米草坪,即可保持空气新鲜。

此外,植物特别是林木对烟尘、粉尘有很大的阻挡、过滤和吸收作用。

因为林木树冠茂密,具有减低风速的作用,随着风速的降低,空气中携带的烟尘迅速下降;另外,树叶表面多绒毛,能分泌黏性油脂,吸附大量飘尘,林木好像天然过滤器过滤大气,经雨水冲刷后,又恢复其滞尘作用。有些林木还可吸收大气中的有害气体。每公顷柳杉可吸收720千克的二氧化硫。柑橘吸硫可达到叶重的08%。西红柿、扁豆等有很强的吸氟能力,1千克西红柿叶,可吸收3000微克氟;悬铃木、洋槐等对光化学烟雾产生的臭氧等具有很强的吸收能力。

国内外都在研究,筛选各种树木花草对有害气体的吸收作用和抵抗能力,以及绿化布局对空气净化作用的影响。近年来各国为防止大气污染,也都在相应地提高城市绿化定额,如日本计划每个市民增至9平方米,英国24平方米,美国40平方米,我国各大城市也正在逐步扩大绿化面积,改善居住环境。

风能的利用

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已有很长的历史,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,据考证是“帆”字的原始字样,这一象形字也可说明帆在我国古代就已被利用了。

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。之后方以智著的《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7次下西洋,历时28年。这比意大利航海家哥伦布1492年第一次乘帆船横渡大西洋,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20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,车凡高二丈余,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桨,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、螺旋桨式的风车,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20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20世纪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瓦、200瓦、300瓦等,一家一个风机,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。20世纪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。我国到2000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1717千瓦。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年、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。