太阳能在这个巨大的风塔里可以创造出150哩/小时的风速。
放眼望去,几里以外空旷的平陆上,隐隐约约你似乎看到灰色的大烟囱。迈步向前,越走近它也就越使你敬畏。它使你以前所见过的或想过的高楼大厦一下子不足为奇了。
这座像烟囱一样的塔是一种风车,一种空气风力发电装置。除了它的结构尺寸大一些以外,实际上它很简单。把从海里引来的水抽到高2400米,直径274米的塔顶上,然后,安装在塔顶上的喷散器把水对着塔口向下喷散出来;水的蒸发冷却了塔内干热的空气,冷凝后的空气沿着风塔向下运动,推动10个风力发电机运转就产生了峰值为2.5×103MW,平均值为103MW的电力。
这样一个巨大的风塔目前还没有建造。但是美国加利福尼亚的El Segundo机械工程承建会,Agbabian的非正式会员们自1978年以来,就已经—直在研究这个项目了。而实际上这个设想早在1965年,菲利蒲 · 卡尔森(Phillip Carlson)博士在洛克希德研究脱盐问题时就已经提出来了。他指出:“在脱盐塔里面包含了浓缩水,按照我们从理论上所做的计算来看,我们应该能够得到8倍于我们抽水到塔顶所消耗的能量。”但是,在当时人们对于开发新能源还没有给予足够重视。直到1974年能源问题日趋严重,人们迫切希望能够开发新的能源。于是卡洛森博士重又提出了他早年的设想,并在1978年加入了Agbabian协会。
为什么这种空气风力发电装置(风塔)一定要建造得如此之大呢?我们可以通过与水力发电设备的比较来说明这个问题。水力发电和风塔发电两者所产生的电力都决定于各自的动力流体-水或空气的运动速度、密度和体积。由于空气的密度比水小得多,产生相同的电力,就体积而言,空气发电系统中的用气量是水力发电系统中用水量的1500倍。
风塔发电时需要有辅助设备并且有动力损失和摩擦消耗,而这种损耗量的大小是随系统体积的增大而成比例地减小的。这也是建造风塔体积庞大原因的一个方面。
欲发电2500 MW的空气风力发电装置,需要3.34×107米3/秒的用气量和31米3/秒的用水量,故只有海滨比较适宜。
风塔内的空气沿塔向下运动的速度决定于风塔内外空气的温度差。风塔周围的空气越热越干燥,则风塔内部由于水的蒸发而被冷却的空气也就越多。因此这个温度差越大,则输出的功率也越多,按此说来,它又只适合建于空旷地带。
因为越是热而干燥的空气可以使风塔产生越多的电力,所以空气风力发电装置在夏日里能够达到最大的电量值,而在冬夜则为最小电量值。但这也刚好是与大多数公共场所的电力需要波动曲线相匹配的。
Agbabian同意承造一个约高2438米的风塔所面临的挑战是:由于风塔壁只有0. 3米厚,所以必须用外延9.15米的混凝土梁来加强预制好的混凝土模制构件。这被认为是唯一可行的方案。
建造这样一个风塔需要多少投资这很难说,但可以认为与其他大型电力设备(在大约20亿美元以内)的投资相近。一般来说,空气风力发电装置的操作费用是很低的。产生相同的电力的话,2500 MW风塔发电的成本只有燃油发电成本的1/3。Agbabian断语言说:“重要之处就在于风塔发电比燃油发电、原子能发电的成本要低得多。而且风塔发电完全没有人们所关心的公害、污染问题。但它会使小气候发生一些变化。如在风塔内底部的空气温度平均低于塔外周围空气温度30℃。如果打开风塔底部的风嘴,散风道可以吹出每小时英里的风速。如再设计一个配合的脱盐系统还可以从海水里提取99.9%的盐分。用过的海水可以收集在散风道的集散器里,洒在沥青上或者输回到海里。”
卡洛森博士说:“空气中保持湿润的水分,在夜晚作为凝重的露珠析出来,使风塔附近每年有相当于101.6毫米的降雨量。而在33英里以外就减弱到了50.8毫米。”
Agbabian现在有了用于DOE研究的5百万美元的专款。这笔基金可以用来更深入地研究和论证关于利用胡佛大坝的溢洪口作为改装风塔的问题。下一步则是进行商业化生产,建造一个高1220米直径244米的风塔,峰值电量为500 MW。
[Popular Science,219卷6期1981年12月]