书城科普读物百科知识-科普新课堂:新兴能源
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第21章 大气压差发电

据说20世纪初,欧洲的一个愚蠢的商人以为空气是没有重量的,他想不花一分钱买走一家饭店里的空气,因为那里的空气是一位飞行员呼吸过了的。结果,商人还是花了1000多元钱才买走了没有一点儿用处的空气。

空气是有重量的。地球表面几十千米厚的大气总重量大约是53万亿吨,每平方米地面大约要承受10吨重的大气压力。就拿我们人来讲吧:一个成年人的身上成天压着2万千克左右重的空气压力,我们的一片指甲就承受着1千克左右重的空气压力!我们之所以没有被空气压扁,是因为我们的身体内部也有向外的压力,抵消了空气的压力。

科学上把单位面积上所承受的大气柱的重量称为“大气压强”,也就是大气柱在单位面积上所施加的压力,简称为大气压或者就叫气压。

大气压有很多重要的性质,会受到影响而发生变化。气压受到海拔高度的影响很大,随着高度的变化而变化:海拔越高,大气压力就越小。气压也受到大气密度变化的影响,地球上的大气越接近地面越密集,科学家称之为密度大;越向高空去,大气的密度越小(通常说越稀薄)。密度小了,气压也低了。气压还受到季节和时间的影响:一般来说,冬季气压最高,夏季气压最小;早晨气压上升,下午气压下降。因此,气压的变化是经常性的。

能源科学家很早就注意到了气压变化中隐藏的能源开发潜力,他们开始在“大气压差”上打起新能源开发的主意了。

什么是“大气压差”呢?具体说就是高气压和低气压之间的差距。有了这个“差”就有了动力。坡度很小的河流,水的流速是很缓慢的,人们修筑水坝,将河流拦截起采,在上游和下游之间形成很大的水位差,形成“飞流直下三千尺”的气势,水的推力才能使发电机高速运转发电。对于气压,如果采用一定的装置,增加气压之间的压差,产生的能量同样也是巨大的。

烟囱就是这样的“装置”。烟囱排烟功能就是利用了大气压差原理--烟能从烟囱底下排向高空,就是因为高空的气压低于底下的气压,空气从高压向低压流动,带着烟向高空运动。

在烟囱的启发下,科学家设想,如果利用一定的装置,比如在烟道里设置风轮机,就能让上升的气流带动发电机发电,就可以获得安全、卫生、廉价的电能。不过,将大气压发电的设想变为21世纪的一种新能源,还有一些问题需要研究解决。这种发电机的功率大小,与烟囱的高度、直径的大小和形状等有密切的关系。从科学家的实验中得知,如果建造一个100米高的烟囱,在它的入口处和出口处将会产生10个大气压差,在这样大的气压差下,空气的流动极其剧烈,足以推动风轮机发电。可是,人类目前只能建造几百米高的建筑物,这样的高度只能获得几个大气压差。那么,在建筑高度不够的前提下,想要获得足够的大气压差,只能另辟蹊径了。从理论上讲,在烟囱的高度不可能增加的情况下,可以变化其他的条件,以获得剧烈的空气流动。比如,科学设计烟囱的截面积和高度的比例;科学设计好烟囱的形状以及增加内壁的光滑度;增加底部入口处空气的温度;或者采用多个小型风轮机,做成蜂窝状的连体烟囱,让几十个烟囱带动几十个小风轮机转动发电。

目前的科学研究实验证明,用大气压差带动风轮机发电是可行的。科学家预计,这项有意义的新能源开发,有望在21世纪变成现实。