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第10章 享之不尽的财富——太阳能(6)

(3)它可用做军事侦察工具。它的14个螺旋桨转动起来响声很小,每个消耗的能量同1个标准的吹风机差不多,加之飞行高度很高,是喷气飞机飞行高度的2~3倍,雷达不易发现,又可长时间地盘旋于军事要害地区上空,故能作为无人侦察飞机使用。

不幸的是,2003年6月26日,“太阳神”号在试飞时突然空中解体,坠入夏威夷考艾岛附近海域。事后经调查,“太阳神”号在空中飞行36分钟时突然遭遇强湍流,引起两个翼端向上弯,致使整个机翼诱发严重的俯仰振荡,超出飞机结构的扭曲极限。

2.“太阳驱动”计划

2003年,瑞士探险家伯特兰·皮卡德计划不使用普通燃料而驾驶太阳能飞机进行连续环球飞行,取名为“太阳驱动”计划,又称“太阳脉动”计划。该计划并没有瑞士或者欧盟的任何官方组织的资助,而是由来自欧盟的许多金融大亨私人资助的。项目启动时已经得到近1亿美元的私人资助。

这一项目是一个重大的技术挑战——太阳能电池必须在白天储存足够的能量,以保障夜间的正常飞行。飞机配备两部螺旋桨发动机,飞行时速70千米,高度可达20千米,白天飞行时采集的太阳能还要为蓄电池充电,以维持夜间飞行。在此前,尚无人尝试过驾驶太阳能飞机昼夜连续飞行。

项目启动6年后,2009年6月26日,这一天在瑞士第一大城市苏黎世郊区的杜本多夫军用机场举行了一个盛大典礼。在典礼上,世界上第一架可实现不间断环球航行的太阳能飞机揭开了神秘面纱,航空器大家庭迎来了一位不用一滴燃料、无污染、零排放的环保新成员。

停放在机库中的一架造型奇特的飞机出现在人们眼前,来自全球的800多位嘉宾以及200多位媒体记者共同见证了这一时刻。这架名为HB-SIA的飞机看上去像一只巨大的黄蜂,楔型的机身长约22米,高6米,机身的前部是驾驶舱,可供两人乘坐。与狭小的驾驶舱形成鲜明反差的是飞机的双翼,长达63米的翼展与“空中客车A340”相当。机翼的背面密密麻麻分布着1.2万块太阳能电池板,它们为飞机的4个功率为10马力(约合7.35千瓦)的引擎提供动力,同时为机上安装的400千克重的锂电池充电以供夜间飞行。

飞机主要由碳纤维材料制成,整体重量仅为1600千克,相当于一辆家用中型汽车。整架飞机看上去轻灵单薄,颇似航空模型,却是集高科技成果于一身的航空器家族的革命性新成员。它无需燃料,但可以在8000米的高空以平均70千米的时速飞行。

对于太阳能飞机的问世,瑞士联邦委员兼环境交通部长莫里茨·洛伊恩贝格尔在典礼上讲话时说:“有人不相信人类可以通过自己的行动促成某些改变,但我认为,如果我们拥有足够强烈的意愿,就能够实现。以前人们不相信人类可以发明飞机,但事实证明,人类的生活需要飞机,最终它成为了现实。目前许多人认为,太阳能只能在小范围内满足部分人对绿色生态的向往,不能解决未来更重要的现实问题。而今太阳能飞机的问世使我们在哥本哈根关于气候变化的会议上有勇气去寻求解决问题的方法,在这场危机中对世界进行持续性改造。”

这不是第一架采用太阳能进行飞行的飞机,但它却是第一架仅仅依靠阳光动力,并能实现夜间飞行的飞机。过去,许多太阳能飞机其实使用了混合动力,而且它们无法储藏太阳能,也不能实现夜间飞行。

太阳能自行车

太阳能自行车是将太阳能直接变成电能,驱动电机行驶的自行车,主要由太阳能电池、直流电机、蓄电池和自行车组成。太阳能电池是自行车的发电机,蓄电池把太阳能变成的电能储存起来,一方面提供自行车启动时较大的启动电流,另一方面供阴雨天和晚上使用。

英国发明的一种靠太阳光产生动力驱动的太阳能自行车,它的外观看起来和普通的自行车没有多大区别;不过在自行车上载有一个可以接受太阳能的天篷装置。当使用者蹬自行车上的脚踏板时,天篷将会把接受到的太阳光转化成能量储存在自行车电池中,该电池通过放电驱动自行车后轮处的电子发动机,使得自行车行进。据了解,这种自行车的最高时速为15千米。

中国也在研制和生产太阳能自行车。首辆太阳能自行车已经问世并开始批量生产。据悉,这款重量只有9千克的太阳能自行车,其款式非常简单,外形就像普通的折叠自行车一样,车头上挂着一块蓝色太阳能板,看不到电瓶。这种自行车折叠携带方便,遇到雨天可以通过备用外接电源充电,或使用脚蹬;特别在野外时,可以利用太阳能电池给电脑、手机、照明等使用。

太阳池电站

一提起水力发电,人们自然会想到着名的钱塘江水电站和规模宏大的三峡水利工程,想到那一泻千里的瀑布,川流不息的河流,汹涌澎湃的海潮。可是,谁又能想到,那水波不兴、一平如镜的水池也能用来发电呢?这看似不可思议的事,却在20世纪70年代变成了现实。被称为太阳池发电的盐水湖太阳能发电,就是现实的铁证,它不是利用水力,而是利用太阳能。

这个通过湖水来利用太阳能发电的绝妙构想,是源于一种自然现象。1902年,科学家们在考察一些盐水湖时发现,盐水湖有一个奇特的共性,越接近湖底,水温越高,在最炎热的夏天,水温有时竟高达700益。一般湖泊的水面受到阳光照射时,水温便会升高,热水上升,冷水下降,从而引起水在竖直方向的对流,正是在这种对流过程中热水和冷水之间也在进行着热传递及热交换。

所以,湖水水层间的温度总不会相差太多。另外,热水从底部升到水面时,要通过蒸发和反射将一部分热量散失掉,因此,即便夏天,湖水的温度也总不会超过气温。

盐水湖的湖底高温奇特现象的根源在于水中所含有的盐分。含盐量越多,水的密度就越大。盐水湖靠近湖底的水,含盐量最高,密度也就最大,比重也就最大,因而湖底的热水难以上升,热量便积蓄于湖底。湖水不断地接受来自太阳辐射的热量,但又难以形成冷热对流,因而湖底储存的热能越来越多,温度也随之上升得越来越高,从而使盐水湖成为一个天然的太阳能存储器。

正是盐水湖的这种奇特现象启发了科学家们的大胆设想:能不能用热交换设备把盐水湖储存的热能变成电能,而且能不能人为地制造一些具有同样特征的盐水湖呢?

在此基础上,20世纪50年代,以色列科学家就提出了建造太阳池发电站的设想,在1979年年底,当死海西南岸附近的一个面积为7000平方米的水池周围,突然亮起一片耀眼的灯光时,这个经过20年的探索和试验的设想终于变成了现实。人类在利用太阳能的历史上,又多了“太阳池电站”这样一个新颖的名称。

如何把池中的热能转换成电能,成为太阳池电站的技术关键。专家们采用的涡轮机叫“兰克茵循环”,他们把湖底的热盐水用水泵抽入管道蒸发器,蒸发器中低沸点的有机液体利用热盐水的热能蒸发为气体,驱动涡轮机,从而带动发电机发电。有机气体从涡轮机出来,经过冷凝器冷却为液体,又循环流入蒸发器;而热水通过蒸发器降温后,又被送回盐水湖的底部,从而形成了一个把太阳能转化为电能的完整的循环系统。

死海海水含盐浓度为27.5%,几乎为一般海水含盐浓度的8倍!在炎热的夏天,死海充分吸收太阳能后,湖底的水温有时可达90益以上,这是其他国家的水域望尘莫及的。基于死海得天独厚的条件,以色列把第一个太阳池电站建立于死海。后来,以色列又在死海北岸附近的沙漠中建造了一座大型太阳池电站。其中有两个太阳池,有一个是人工挖成的。为了防止渗漏,他们用聚乙烯薄膜铺设了池底,在水面上安装了用塑料制成的防浪网。目前,这座电站运转情况良好,发电能力达2500千瓦,这更增加了以色列人对太阳池发电技术的信心,继而能够设计出更加宏伟的发展计划。

以色列人制订了“地中海-死海发电计划”。他们设想,如果将比死海水位高400米、含盐浓度只有3.5%的地中海海水通过一条水渠引入死海,就可以把死海变成一个巨大的天然太阳池,而它的发电量可高达150万千瓦。可以想象,如果这个计划可以实现的话,那将是一个多么惊人而辉煌的创举,它将成为一个更大的历史性的突破。

为了更好地开发利用太阳能,许多科学家潜心钻研,寻求探索各种方法。

“太阳池”自然也引起了全世界的重视。美国已修建了10个太阳池,用以进行对太阳能的研究试验,并用于取暖和供应热水。日本也用“太阳池”为水产养殖和温室栽培提供热能。澳大利亚建成了3000平方米的太阳池,为其周围地区供电、供暖。太阳池作为人类开发利用太阳能的新途径,必将在不远的将来展现出它更加多姿多彩的风貌,发挥出更多的作用。

太阳能发电产业

太阳能作为一种免费、清洁的能源,受到世界各国的重视。2004年全球安装的太阳能发电系统容量已超过1000兆瓦。最新统计资料表明,太阳能发电产业在最近5年的年均增长速度超过30%。

1980年末,由法国、德国和意大利等欧洲9个国家联合建造的世界首座并网运行的塔式太阳能热电站,在意大利西西里岛建成。这座电站建筑物高50米,占地2万平方米,由70个面积为50平方米和112个面积为23平方米的聚光镜组成。每个聚光镜都由两台电动机带动,可绕垂直轴旋转,并通过计算机控制,使镜面能够跟踪太阳转动。抛物状的镜面把照射来的阳光聚集成光束射到塔顶,使那里设置的锅炉产生高达500益的水蒸气,再用这种高温蒸气驱动汽轮发电机组发电。这座电站的额定功率为1000千瓦。由于具有良好的储能设施,所以,无论是白天黑夜、阴天下雨都能够保证连续发电,从而使这里银光闪烁,被人们称作是西西里岛的“聚宝盆”。

1982年,美国在加利福尼亚州兴建了两座大型塔式太阳能热电站。这座电站占地7万多平方米,塔高80米,采用了1818个聚光镜,发电能力达到1万千瓦。紧随其后,中国、俄罗斯和美国又相继建造出10万千瓦、30万千瓦和100万千瓦的太阳能热电站。

德国莱比锡市附近的埃斯彭海因太阳能电站一度是世界上功率最大的太阳能电站,该电站耗资2200万欧元。整套发电装置由3.35万块太阳能电池板组成,占地面积21.6公顷。电站功率为5兆瓦,可为1800户住家提供生活用电。