三、水能和风能的利用

在地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔流；有时微风拂面，有时狂风劲吹．从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源，是可以用来为人类服务的．

水能的利用 早在一千九百多年前，我们的祖先就制造了木制的水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷．图 1—9 所示的，就是古老的水磨．这类水轮机的功率不大．

随着生产规模的扩大，社会上越来越需要强大的动力机，这种需要推动了科学技术的发展．到 18 世纪，人们已造出大功率的水轮机，供纺织厂、冶金厂等使用，但是工厂必须建造在河流旁．

自从掌握了电的知识以后，到 19 世纪人类就会用水轮机带动发电机发电，再把电送到工厂中去．这样，工厂就可以建在更为合适的地方，不必一定要建在河边了．

随着科学技术的不断发展，人们已能制造越来越大、越来越好的水轮机．图 1—10 是现代的轴流式水轮机的叶轮．现代的大型水轮机不但功率大，可达几十万千瓦，而且效率高，可达 90％以上．

要想让水轮机产生很大的功率，单位时间内流入水轮机的水要具有较大的能量．为此，可以修筑拦河坝，来提高坝前的上游水位，而在下游一侧坝的下方安装水轮机．水位提的越高，水的重力势能越大，单位时间内流入水轮机的水具有的能量就越大，转化成水轮机的动能就越大，即水轮机的功率越大．现代大型水电站的拦河坝修得很高，甚至超过 300 米，图

1—11 表示水轮机安装在水电站中的情形．发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起．

海水的潮汐也具有巨大的能量．近年来，人们在潮汐发电上的研究已经取得成功．我国海岸线长达 18 000 千米，沿海省份已经建成一些中小型潮汐电站（图 1—12）．

我国有较大的河流 1500 多条，水能蕴藏量达 6．8 亿千瓦，其中可以开发利用的有 3．8 亿千瓦，居世界第一位．建国以来，我们在水能利用上已取得了很大成绩，在黄河上，已在龙羊峡、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、青铜峡、天桥、三门峡等地修建了大型水电站，总发电能力达 356 万千瓦．在长江干流已建成葛洲坝水电站，发电能力为 271．5 万千瓦．在西南各省水

源丰富的地方，还建立了许多中小型水电站．有些地区还建设了蓄能电站，用电低峰时，利用富裕的电能把水从低水位抽到高水位，到用电高峰时再放水发电．截至 1993 年底，我国已建成的水电站的总功率已达 4459 万千瓦．这些水电站已成为我国能源开发的重要组成部分．正在开发建设中的广西红水河水电站总装机容量可达 1232 万千瓦．即将建设的三峡水电站总

装机容量 1820 万千瓦，年发电量 847 亿千瓦时①以上．

我国还有许多水能资源有待开发，这正需要我们青年一代继续努力．（本书封底为丹江口水电站）风能的利用

我国早在两千多年前就开始利用风来驱动帆船航行，至少在一千七百

① “千瓦时”是能量的单位，也就是平常所说的用了几度电的“度”， 1 度=1 千瓦时=3.6×106 焦耳．这将在第九章中学到．

多年前已开始利用风来推动风车做功．风能利用起来比较简单，而且不会污染环境．但是风能不稳定，也不便于储存．我国在沿海岛屿和草原牧区有较丰富的风能，在这些地方可利用风力发动机做一些允许间断的工作（图1—13）．

利用风力也可发电．单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可同时安装几十台到几百台风力发电机，联在一起供电（参见彩图 1）．

参观调查

调查你们的家乡有没有可利用的水能或风能的资源．
如果附近有小型水电站，去参观一下，了解水位有多高，水的流量

（即每秒钟流过水轮机的水的体积）有多大，发电机的功率有多大．