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难以置信的冷水发电

2018-9-17 10:34| 发布者: 鸿涛| 查看: 133| 评论: 0

摘要: 利用水发电,一般有两种方法:一是在江河上筑坝抬高水位,利用水的势能发电,水电站就是这样发电的;二是把水加热成水蒸气,利用水膨胀的能量发电,火电厂用的就是这个原理。那么能不能既不抬高水位,也不把水加热就 ...

利用水发电,一般有两种方法:一是在江河上筑坝抬高水位,利用水的势能发电,水电站就是这样发电的;二是把水加热成水蒸气,利用水膨胀的能量发电,火电厂用的就是这个原理。

那么能不能既不抬高水位,也不把水加热就能发电呢?

有人会说,这是痴人说梦!但有人不但这样想,而且还这样做了哩。

难以置信的冷水发电

异想天开的冷水发电

美国海军特殊计划办公室的海洋工程师克儒文就是这样一个人,他提出一个利用海洋能的妙招,引起了人们的重视,现在已经通过初步的验证。这个方法看上去有点疯狂,一般人乍一看理解不了,但是确实很凑效,原理也很简单。

具体的方法是这样的。我们知道,很多电厂利用各种形式的热能把水加热成蒸汽,蒸汽再推动发电机来发电。但克儒文认为,不一定非得把水加热到100℃,常温下的水如果沸腾起来,照样推动发电机发电啊。

那么常温下的水如何会沸腾起来呢?

我们知道,正常大气压力是101.325千帕,水沸腾的温度是100℃,气压越低,水的沸点就越低,气压与水的沸点是有个对应关系的。例如青藏高原上,滚沸的水,温度只有80多摄氏度,原因就是高原上的气压低。气压降低到一定程度,如降低到4千帕,(约0.0395大气压),水在30℃下就会沸腾,气压继续降低,低于0.9千帕(0.0089大气压)时,水在4℃下也会沸腾。反过来,根据沸点与气压的对应关系,如果4℃下水蒸气的压力高于0.9千帕,那么水蒸气就会冷凝。

根据这个原理,为了让30℃的水沸腾,我们就必须给盛水的罐子抽去空气,使罐里的气压低于4千帕的压力,这样水就沸腾起来了。但需要不断地抽去盛水罐子里的空气,这样一来,所消耗的能量会超过真空下水沸腾发出的电能了。这显然不行。

克儒文可没有这么笨,他把盛水罐子通过管道与一套冷却器相连,水罐内装30℃的温水,把盛水罐子里的空气抽成约4千帕后,水罐内的水会沸腾起来,产生大量蒸汽。蒸汽通过管道进入冷却器,冷却器的冷凝管内流淌的是4℃的冷水,因此冷凝管外表面的温度也就是四、五摄氏度的样子。前面说过,在0.9千帕时,4℃的水会变成蒸汽,同样,气压大于0.9千帕以上时,4℃的蒸汽就会变成水。而盛水罐子里的气压是4千帕,所以当来自水罐的30℃的水蒸气进入冷却器后,就会在冷凝管外表面冷凝下来,重新变成水。同时,气压也大大下降了。

这样一来,水罐那一端的蒸汽压力是4千帕,而在冷却器那一端的蒸汽压力不到1千帕,这其中的蒸汽压力差就是3千帕。这个压力差就会在管道里造成较强的汽流,就像气压差会让空气流动形成大风一样。把发电机的涡轮设置在管道中,蒸汽流就可以推动涡轮旋转而发电了。我们只需要最初给水罐和与水罐相连的管道抽一次真空,并且保证冷却器中的水在4℃就行了,之后,这套系统就自动运转了。

但是4℃的冷水又从哪里来呢?而且还需要这些冷水始终在冷凝管内流淌着,到哪里找这么多冷水呢?需要用制冷系统来冷凝吗?如果是这样,那么制冷系统消耗的电能就有可能比这套发电设备发出的电还多了。

克儒文可不会这么做,他的冷水来源另有妙计。

难以置信的冷水发电

巧用海水的妙计

见过大海的人都会感叹大海的博大和广阔,那真是一望无际。如此广阔的海面上始终接受着阳光的照射,夏季时,水温一般保持在25到30℃的样子,而海底1000多米的深处,水温却是4℃,这部分冷水的水量巨大,但却长期不见阳光。克儒文就是用最省事的方法把这些冷海水采集上来。

也许这想法又把人吓住了,把大量的冷水从1000多米的深处抽上来吗?这要消耗多大的能量啊?我们的抽水机只能向空中抛出10米高的水柱,这1000多米深的水如何能抽上来?这想法确实乍一看有点疯狂,但用物理知识仔细想想的话,觉得这个想法疯狂的人就要嘲笑自己了。

水泵只能抛出10米高的水柱,是因为地面水的压力是一个大气压。但是海底的水承受的压力不仅有大气压,还有1000多米的水压。如果向海底伸入一根1000多米长的管道,管道内的压力与外侧的水压正好平衡,没有抽水机工作的话,水管内的水位与海面平齐。但是当用抽水机抽水的话,水管就会源源不断向外出水了。待抽水十几分钟后,水管内的上层温度较高的海水就完全被抽出来了,从水管底部进入的海水就是4℃的冷水了。因此抽水约20分钟后,水管内就全部是4℃的冷水了。从这个过程可以看出,从水下1000多米深的地方抽水,与在海面上抽水一样轻松,消耗的能量是一样的。

如果在热带海边的一个小岛上建起一个发电厂,在比海平面高1米的地方铺设热水罐、热水管道、冷凝管、冷水管道等就可以了。把大海表面近30℃的温热海水抽到热水罐里,把海底4℃的冷海水抽到冷凝管内,发电厂就可以工作了。由于高度只有1米,因此向这些管道内抽水消耗的能量很少。这样,30℃的温热海水与4℃的冷海水相互配合,就可以发电了。

有人或许有疑问,这个过程如果抽水机消耗能量很少,发出的电能很多的话,会不会是违背了能量守恒定律?这套发电系统能够发电的能量来自哪里?答案是,来自温热海水和冷海水之间的温度差,可以认为是太阳把表面海水加热了,温热海水储藏了大量太阳能。

各大海洋上层和低层都存在这种温度差,只要把这些利用起来,相信发出的电能足以代替化石燃料了。

冷水发电的副产品

这套发电系统不仅用于发电很巧妙,发电过程中,蒸汽冷凝出来的淡水在海岛上还是难得的淡水资源,可以用于饮用、生活、灌溉等。另外,这些淡水是从冷凝管冷凝出来的,因此水温较低,还可以用于食品冷藏或空调。

如果它的冷水管道在庄稼地下经过的话,管道的低温还会让庄稼根部土壤处有冷水凝结出来,就像在夏季喝冷饮时,装有冷水的杯子外面会冷凝出水珠出来。这较冷的水珠会给庄稼提供生长需要的淡水,同时由于这水温度较低——约有10℃的样子,还能刺激庄稼生长旺盛!

植物在冷刺激下生长更快或结果实更多,这种方法在生物学实验室中经常使用,用来刺激实验植物快速生长或分泌某些人类更需要的化合物等。在这里,通过把冷水管道铺设在庄稼的根部,就可以起到这种刺激作用,从而让植物生长和繁殖旺盛。如今试验的结果,这种让根受冷的方式可以让葡萄一年出产三季,让原本生长期为18个月的菠萝8个月就可以结果采摘。至于冷刺激为何会促进植物生长或结果,这是因为一定程度的低温可以让植物为了应对冷而分泌很多利于生长的化合物,从而显得更精神,更有活力,就像人在较冷的时候,一般都不会打瞌睡一样。

因此冷水发电系统建在哪里,哪里就可以出现大片生机盎然的绿洲,科学家正想着如何把这些冷凝水输送到附近的沙漠,让海边的沙漠也变成片片良田呢。

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