书城科普节能:从小事做起(青少年科学探索·求知·发现丛书)
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第19章 浪高千尺可发电

浩瀚的大海充满活力。“无风三尺浪”,即使在无风的日子里,海面也在上下动荡着。

海浪的大小首先取决于风力。风越大,浪越高。大风起处,波涛汹涌,白浪滔天,真可谓“海涛汹涌似有千钧力,巨浪滚滚犹如万重山。”

一般海浪高度小于4米,大风暴的时候可达七八米甚至十几米。1933年2月7日,美国油船“拉梅波”号曾记录到34米高的特大海浪,足可使10层大楼“淹没”。

海浪拍击海岸,浪花飞溅,可产生极大的冲击力。实测结果告诉我们,海浪冲击海岸的力量,往往可达每平方米二三百千牛顿甚至590千牛顿以上!

历史有记载,巨大的海浪曾把一块60多公斤的石头卷到岸边40多米的高处,把一段上千吨重的混凝土防波堤连“根”拔走,把一艘巨轮拦腰断成两截……

这就是说,海浪确实是个了不起的“大力士”。在每一平方公里的海面上,运动着的海浪平均蕴藏有20万千瓦的能量。当巨浪像一座“水山”扑向海岸的时候,可在20秒钟之内对1公里长的海岸线产生几万千瓦小时的电能,这些电能足供上万个家庭使用1年。按照前苏联科学家的估算,全世界光是沿海区域的海浪能就有6亿千瓦,相当于全部电站装机容量的1/3.

但是可惜,像这样一笔巨大的可以再生的而且丝毫不会污染环境的能量资源,却至今还没有得到很好的开发利用。

100年以前就有人想到利用海浪发电,理论上已探讨了多年,40年代开始进行试验,50年代取得了一些进展,60年代有一些海浪发电装置投入运行。近年来,日本已有几百个小型海浪发电装置向导航浮标提供电力;美国、前苏联、瑞典等国开发了容量为1~20千瓦的小型海浪发电设备;后来居上的挪威建成了两个海浪电站,并开始对外承包建造海浪发电工程。

利用海浪发电是件麻烦事儿,因为海浪总的力量虽然很大,但分布分散,而且作用速度太慢。

1964年,日本制成了世界上第一个供航标灯照明用电的海浪发电装置,发电量很小,仅够一盏灯使用,但它开创了海浪发电的先河。

以后通过一次又一次的试验研究,人们才找到了一些更有效的海浪发电的方法和设备。比如从1976年以来,光是美国就有一百几十种有关海浪能利用的发明获得了专利。世界上现有海浪发电装置30多种,其中只有日本的“海明”号海浪发电装置的进展比较快。

“海明”号海浪发电装置利用海浪上下的力量工作。它是一个巨大的像油轮一样的浮体,长80米,高5米,宽12米,重约500吨,浮体的底部有20个“洞”,这些“洞”实际上是一个个空气室。当海浪不停地上下运动的时候,空气室中的空气不断地受到压缩和扩张,就像风箱一样,空气来回地冲向空气涡轮机的叶片并使它快速旋转,从而带动发电机发出电来。

在这里,海浪的升降运动起着一般发动机活塞的作用,它使海浪缓慢的升降运动变成高速气流冲动涡轮机后形成的快速旋转运动。由于装置结构简单,“海明”号能把27%的海浪能转变成电能。

“海明”号海浪发电装置1978年建成,可以发电2500千瓦,发电成本要比其他发电方法低,1980年完成第一期试验,现在仍在试验之中。

挪威的科技人员克服重重困难,在1985年建成了两座海浪电站,地点在这个国家的南部大西洋沿岸的卑尔根市附近。

第一座海浪电站的工作原理与“海明”号完全一样,一根12米高、40吨重的钢制圆筒竖立在海边峭壁的裂缝中,当海浪通过管道进出圆筒时,圆筒里的水面跟着升降涨落,就像强力的活塞一样,使得圆筒顶部的空气排出或吸入,从而驱动涡轮机转动而发电。这个电站每年发电120万千瓦小时;如果把沿岸几个圆筒连接起来一道工作,就能利用海浪产生更多的电力。

第二座海浪电站的工作原理与第二座完全不同,它修建了一个锥形隧道,让海浪从几十米宽的隧道口进入,随着隧道越来越窄,涌来的海浪越升越高,最后在比海平面高3米的地方通过隧道出口流进一个小水库。水库的出口安装有水轮发电机,结果就像普通的水力发电一样,当水库里的海水从3米高处通过出口流回海洋的时候,就会推动水轮发电机发电。

挪威的海浪发电技术已经出口国外。他们首先在印度尼西亚的巴厘岛承建了一项海浪发电工程,电站的装机容量为1000千瓦。接着又在汤加王国建造一座2000千瓦的海浪电站,1990年竣工。

不仅可以利用海浪上下垂直运动的力量来发电,也可以利用海浪的左右横向运动把海浪能转换成机械旋转或摆动运动的能量。

英国人索尔特研制了一种“点头鸭”式的海浪发电装置,它的外形像个大凸轮,凸轮尖的一头绕凸轮轴转动,另一头是个中空的圆筒,圆筒上有向内向外的叶片。“点头鸭”连成一串,浮在海面上,海浪一来,它们就绕着凸轮轴左右摇摆,而圆筒上的叶片也跟着来回转动,把水赶进涡轮机,转动涡轮发电机发电。

瑞典人与英国人异曲同工,开发出一种海浪叶轮发电装置。这种发电装置由一串叶轮组成,当海浪迎面涌向叶轮时,海水进入叶轮,转动叶轮上的叶片,最后通过变速机构带动发电机旋转发电。

新型的海浪发电装置还有一种叫环礁式海浪电站,是由美国人开发设计的。这种电站是模仿海上圆环形礁石的产物,从海面上只能看到一个直径10米的圆圈,可水下的人工环礁却是个庞然大物,底部直径76米,有一个足球场那么大。人工环礁的圆形壁是个导流罩,用来引导海浪向环礁中心流动。当海浪冲向环礁式电站时,海水将沿着环礁壁从四面八方按螺旋形路线涌向环礁中心,并在那里形成旋涡,转动水轮机发出电来。

一般来说,海浪发电装置利用海浪发电之后,海浪的能量大部分被消耗掉,结果是使大浪变小浪,小浪变微浪。因此,海浪发电不仅安全可靠,节省燃料,不污染环境,而且如果把发电装置连成一排,安置在海上,还可以起到消除海浪的防波堤的作用,对保护海岸和发展海洋渔业、养殖业等都有好处。