用不尽的气象资源

随着大气污染的加重，全球二氧化碳排放量的增加，人们对目前使用最普遍、占有比例最大的煤、石油等不可再生资源，丧失了部分信心。在当前还没有解决完全消除污染的技术前题下，一种可再生的、清洁的新资源重新被人们所注意，这就是气象资源。气象资源已经投入运用的有风能、太阳能等，水能、热能也可以包括在里面。此外，还有如雷电的运用也在研究中。

古老而又新颖的风能

风能说它古老，是因为在很久以前人们就已经认识到了它的价值，并对它进行了开发利用；谈它新颖，是说古老的风能到今天又焕发出新的活力，新的运用方式大幅度地开展起来。

风能，从根本上说，它是太阳能转化后的一种形式。全球风能总量大约有 3.6×1015 瓦，而在大气边界层以下可以利用的风能约有 1.3×1015 瓦。这就表明，风能一年可以提供 1.1×1016 度的电力总量。而这个数字却是世界消耗总能量的三千多倍，这可真是一个惊人的数字。

风能利用的历史比较久。我国古代人民很早就利用它来驱动帆船。据《物原》记载：“燧人以瓠济水，伏羲始乘桴，轩辕作舟楫，⋯⋯夏禹作舵加以篷帆樯。”可以说，有人把夏禹作为帆的创始人，由此推出风能使用有三千多年的历史，是很有见地的。我国劳动人民还制造了水平风车，如明代宋应星的《天工开物》说：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止。”就是例证。明朝的方以智在《物理小识》中描写了风帆灌田的事实：“有风帆六幅，车水灌田，淮扬海填皆为之。”至于用风力加工粮食，有人据《水车行》的记载内容：“零陵水车风作轮，缘江夜响盘空云，轮盘团团经三丈，水声却在风轮上，⋯⋯”表明水车使用的时间很长，也不为过。

其实，明朝航海家郑和下西洋，他率领的船队就使用了大风帆，这是有目共睹的事实。另外，公元七世纪时，我国还建有一种“走马灯”式风车，它使用垂直轴风轮。此风车不受风向改变的影响，风轮总是朝一个方向转。有人考证说，在清代中叶周庆著《盐法通志》上就有关于它的笔录。

但这并不表明国外利用风能比我国要逊色。约在几千年前，埃及人就利用风帆来划桨、磨谷、提水；波斯人在公元 700 年前还用过风车碾米。公元

1185 年，英国的约克郡制造出西欧第一台风车。此后到 14 世纪时，荷兰人开始利用风车来排水和灌溉。18 世纪，荷兰使用的风车达到近万座。19 世纪中期，美国用于提水灌溉的风车约有 600 万台。用风力发电是本世纪以来的事。1910 年丹麦人成功地建造了世界上第一座风力发电站。这样一来，人类利用风力又创下了新的纪录。

风能的使用后来一度沉寂，主要是因为使用煤、石油的蒸汽机、发动机占了很大的优势。但从本世纪 70 年代开始，由于“能源危机”的爆发和污染问题加重，这使人们把目光重新投向了风能。

现代风能的最大利用是发电。起初国外使用的是卧车风力发电机，发电功率不过 100 千瓦。美国在 1945 年 3 月还建有一个输出功率为 1200 瓦的大型风力发电机，但运行时间不长。现在美国风力发电的电量只占总发电量的0.1％，在加利福尼亚州有五个风力发电基地为近 100 万个家庭提供用电；在

这之中的一个电厂竟有 2400 台风力机，总装机容量为 24 万千瓦。欧洲、美

国风力机单机容量以 300 千瓦以上为多。世界上最大的风力发电机装机容量

为 7.2 兆瓦。

我国的地面风能总量可以利用的约有 1.6×1011 瓦，主要分布在东南沿海、内蒙古以北，以及西北地区。

我国在 50 年代研制过风力提水机和风力发电机。60 年代时，一批风力提水机得以生产。80 年代时，我国在一些地区推广了 500 瓦以下各种型号的小型风力发电机，它能够用于照明、各种家用电器的使用。到 1985 年时，我

国从丹麦引进了 55 千瓦的风力发电机，在山东某地进行了安装，风力发电开始转向生产。此后，从荷兰、美国、德国等地，100 千瓦、150 千瓦、200 千瓦等各种机型也被引进我国。

我国从 1992 年开始安装自己研制的 55 千瓦风力发电机。国产最大的 200

千瓦风力发电机也在 1991 年并网发电。这些都表明我国的风力发电发展迅速。1994 年、1995 年我国还承办了几次关于风力发电的国际会议，相信我国风力发电前景是美好的。

需要补充的是，设置风力电厂也属于风力发电的范畴。风力电厂是风力发电的高级形式。在风力资源丰富的原野、荒坡上，安装成片成片的风力发

电机，并网运行，由微机统一管理，向电网输送强大的电力，这显然是一种综合风力发电的新举措。

风力电厂的建设只有十多年的经验。美国、西欧从 80 年代初开始建立风力电厂。美国在阿尔塔蒙特山口风力电厂安装有风力发电机五千多台，总装机容量可达 550 兆瓦。这么大的功率完全可与核电、水电媲美了。风力电厂投资收效快、效益高、建设周期短、发电成本低，具有很大的经济价值，引起了我国科学家的浓厚兴趣。

我国从 1986 年就开始风力电厂试验。其中已建成七大风力电厂。其中最大的在新疆达坂城，总装机容量约 300 千瓦。1991 年我国能源部召开风力发电建设规划会议，决定到 2000 年实现风力装机 1000 兆瓦的容量。

意想不到的太阳能

太阳能的运用你一定听说过，如人造卫星、宇宙飞船，以及太空空间站都镶有太阳能电池。太阳能和风能比起来，同样具有取之不尽、用之不竭的优点。太阳向外放出无限的光辉，那源源不断的能量一直在等着我们去开发。

太阳能的直接利用不难理解，比如太阳能热水器、太阳灶有人可能见过。但太阳能用于交通运输上你或许想都没想过，但的确已经取得了成功。1982 年 12 月 19 日，两个澳大利亚人用玻璃纤维和铝制成了一部“静静的完成者” 太阳能汽车。该车顶部装有能吸收太阳能的装置，能给两个电池充电，电池再给发动机提供电力。两人驾驶着这辆车，从澳大利亚西海岸的佩斯出发，横穿澳大利亚大陆，于 1983 年 1 月 7 日到达东海岸的悉尼，实现了一次伟大的创举。而太阳能飞机“太阳挑战者号”在此前一年就已诞生，该飞机成功地飞越了英吉利海峡，给世界航空史增添了新的色彩。

当然，太阳能飞机、汽车还不能很快地普及，但太阳能热水器、太阳灶却已经在人们的生活舞台上扮演了重要的角色。以日本为例，日本安装有太阳能热水器 1700 万台，可以供应 72％的家庭洗澡，仅此一项，该国就可以每年节约 150 万吨煤，真是不可小瞧。

太阳能能够为电池充电，理所当然也可以用来发电。1982 年 11 月 1 日，美国建成了“太阳一号”电站，它座落在美国加利福尼亚州巴斯托。这个电站装有一个旋转塔，旋转塔使上面的反射镜始终对准太阳光，太阳光被集中后会获得高温，再带动蒸汽机来进行发电。其他国家和地区也建有太阳能电站，法国有“席米斯”、欧洲共同体有“欧雷斯利奥斯”、国际能源署有“阿尔梅里亚”，它们分别座落在法国、意大利、西班牙。

别出心裁的是美国费城富兰克林研究中心的研究人员，他们提出了在轻型气球上建立太阳能电站的设想。他们的具体步骤是：把一个直达 1600 米的气球发放到近三万米的平流层高空；再在气球上装上一个巨大的抛物面反射器，把收集到的太阳辐射能转换成电能并输入微波器件；微波器件再利用天线将微波束聚焦，向地球发送；地面则将这些微波束转换成电能。根据估算，这种装置大约可以把 10 万千瓦的电功率传送给地面。

建立气球太阳能电站原理简单，可行性大，只是投资比较高，但是它回收比较快，综合看来还是合算的。据说，富兰克林研究中心的人员已经研制出了直径达 200 米的高空气球，并正在做模拟实验。

太阳能可以用来发电，而电能综合利用，所以围绕太阳能的各种新开发地出现了。太阳能住宅、太阳能动力工厂、太阳能岛应运而生。

德国弗芝恩霍夫太阳能研究所设计了一种先进的太阳能住宅。这种住宅

的外壁安有人工隔热材料，外面黑色的石墙可以吸收阳光，经过加热后再把热传导到墙后面的房间内。夏季时，玻璃罩板与隔热层之间还有自动反射卷帘，它可以切断天然加热。建筑屋顶还有三十多平方米的太阳能电池，可直接把阳光转化成电能。电能除了用于照明外，还可以接通电解器，用于分解水分中的氢和氧，为烧饭等提供燃料。

美国华盛顿还建有一个工厂，它的房顶上有三千多张太阳能电池板，可获取 200 千瓦的电力，足够工厂每天使用。

最出奇的是日本。日本通产省有 14 家公司，准备在 2010 年到赤道附近的太平洋上建一个太阳能岛。这个岛的面积约有七平方公里，它的上面有三千多个六角形浮体，此浮体铺有太阳能电池板，能产生巨大的能量。而在太阳岛附近，还有一个平台，平台上的设备能利用太阳能进行分解水以获取氢气。氢气液化后，就可以充作像石油、天然气那样的能源。

对于风能、太阳能的利用要附加一句，即太阳能、风能的互补发电。因为太阳能、风能都有间断、不稳的特点，但是在时间的分配上却有明显的相位差：冬季风大，太阳辐射弱；夏季风小，太阳辐射强。如果两者互补，就可以获得稳定可靠的电力。我国从 1991 年开始进行太阳能、风能互补发电的

研究，并于 1993 年试验成功，一批成套设备在一些地区已开始安装。等待开发的雷电

雷电是一种放电现象，它能一次放出达 10 亿焦耳的电量，足以消灭地球上任何一个小小的生灵。或许正是因为如此，它才受到人们不公平的谩骂和诽谤。

但是雷电给人类带来的好处却数不胜数。雷电曾使地球上最早的有机化合物产生；它净化了大气，并分解电离出氧化氮、一氧化氮，给地面土壤带来了肥料。雷电是自然产生的，人工可否仿照其条件，产生雷电，并为我所用呢？这很难回答。但是雷电的巨大威力可以利用却是真的。日本人就借助雷电进行过矿山的爆破开采。美国一些工程研究人员认为，雷电产生的巨大冲击力可以应用到土木工程上，雷电的高温可以破碎岩石，达到爆破的目的。可不可以说，日本的爆破试验是一个应用雷电的开头呢？现在还不能下这个结论。但雷电可以利用，这是千真万确的。