东方测控

行业企业市场标准科技新品会议展会政策原创

海洋能的发展:从磨坊到电厂华丽转变

行业上下游中国仪表网2012年10月31日 11:50人气:20463

  虽然人类在利用潮汐和波浪的能量已历千年,在技术上也取得了不断进步,但依然还是不能和利用风能的程度相提并论。
  
  一代又一代,人类观看风起云涌,思考着是否有一天能够利用风能。同样的,我们的祖先一次又一次观看潮涌潮落,想着能不能利用海水的力量。虽然18世纪法国技术史家说,世界上第一个潮汐磨坊是法国敦刻尔克的一个木匠在17世纪发明的。但是现在研究表明他说错了。
  
  阿拉伯人的磨坊
  
  正如风能一样,最早利用潮汐能量的也是阿拉伯人。
  
  11世纪的穆斯林地理学家写到:潮水对巴士拉(现在伊拉克海港)的人来说是奇迹和祝福。每天海水拜访两次,海水推动河流,灌溉果园,把船只送往村庄。落潮的时候对磨坊有利,因为磨坊都坐落在河口和其支流。当潮水返回大海的时候,就会推动这些水磨。
  
  这些记载表明,早在10世纪伊拉克人就有了利用潮汐的水磨。但是阿拉伯世界到底是如何利用潮汐的,却没有进一步的记载,这些知识是否传入欧洲,何时传入欧洲都还是未解之谜。
  
  也许,不管是风能还是潮汐能,各个文明都是独立发展起来的。
  
  欧洲有历史记载表明,11世纪的时候,威尼斯泻湖里有利用海水力量的磨坊。这些磨坊建在船上,轮子靠海水驱动。不过,欧洲最早的潮汐磨坊可能要算英国港口多佛的水磨了。据记载,在海港的入口处的很多船上都有潮汐磨,据说这些潮汐磨坊建造于1067年到1082年之间。
  
  利用潮汐能一旦从观念变成现实,就迅速传遍了欧洲的大西洋沿岸,在多佛之后,英国沿海出现了不少潮汐磨。到1200年之前大约建成了11座潮汐磨坊。在13世纪增加到56座,到了1700年增加到了89座。随着人口的增长,英国人对能源需求开始增长,潮汐磨坊的数量也跟着增长。17世纪英国建了16座潮汐水磨,18世纪建造了20座。即使蒸汽机发明之后,潮汐水磨的数量还在增加,19世纪建了27座。虽然英格兰和威尔士有些潮汐水磨建造的年代不详,但是现存的遗迹表明,曾经有170座或者更多的潮汐磨曾经跟随着潮水运转。
  
  在法国,尤其是布列塔尼海岸,有很多地点适合建造潮汐磨坊。12世纪之前,法国的南特附近,巴约那附近都建造了潮汐水磨。到了13世纪,法国的潮汐水磨沿着大西洋沿岸建造,总数大约有80座。其中大约12座到14座位于布列塔尼地区。这些潮汐磨坊大多用于研磨谷物,规模很小。此外还有规模很大的潮汐利用装置,用于工业用途。
  
  英国作家亚瑟?扬在18世纪80年代游历法国的游记中写道:威尔金森先生为加农炮钻孔的机器正在运转,该机器是由潮汐推动的。扬笔下的工厂位于布列塔尼地区。在这趟法国之旅中,扬还在波尔多地区见到了一个规模很大的潮汐磨坊,磨坊主人在印度赢得了第一桶金,从而建造这个潮汐磨坊,为波尔多地区的人们研磨谷物,扬游历法国的那一年,因为干旱,河流枯竭,水磨没法运转,潮汐磨坊得以大显身手。虽然杨笔下的大型潮汐磨坊消失了,但是现在法国布列塔尼沿岸有几座大型潮汐磨坊保留了下来。在这些磨坊的后面还建有使用蒸汽机的磨坊,以提高磨坊厂的加工能力。
  
  整个大西洋沿岸国家都有潮汐磨坊,荷兰被认为是风车之国,其实自1220年起荷兰就在建造潮汐磨坊。1338年,比利时的默兹建造的潮汐磨,这座磨坊现在还能看到。荷兰和比利时大约共有70座潮汐磨坊。1290年,葡萄牙南部的阿尔加维建造了一座潮汐磨坊。如今在葡萄牙能发现遗迹的大约有70座利用潮汐能的磨坊。在西班牙北部靠近法国的海岸,从中世纪就开始建造潮汐磨坊,直到19世纪还是靠这些磨坊研磨谷物。如今你还可以在加的斯,在北部海岸的桑坦德地区看到潮汐磨坊的遗迹。
  
  尽管地中海的潮汐太小了不能建造潮汐水磨,但是意大利人很早以前就对这种能源感兴趣。一本由锡耶纳艺术家兼工程师马里亚诺?塔科拉写于1430年的《机器之书》中就专门提到如何建造潮汐磨坊。
  
  潮汐磨坊虽然并非多到不可胜数,它只能在地理位置合适,其他能源相对不足的地方建造。但是也并非如某些人所说的,1700年之后就很少再使用了。现在的研究表明,1700年之后又建造了不少,而且直到二战结束有些地方的潮汐磨坊还在使用。现在还能看到的,冰岛的三座潮汐磨坊就建造于19世纪
  
  潮汐磨坊的衰落
  
  欧洲人来到北美洲之后不久,就开始建造潮汐磨坊。
  
  1607年,在加拿大的新斯科舍省,1634年,在缅因州,1643年在波士顿地区出现了潮汐磨坊。在随后的两百年里,北美出现了300多座利用潮汐的装置,今天,在缅因,在马萨诸塞,在长岛,在弗吉尼亚依然能看到这些潮汐装置的遗迹。在欧洲主要利用潮汐来研磨谷物,北美洲也是如此,不过潮汐在北美洲的用途更加广泛,有的用于锯木,有的用于研磨香料,在加利福尼亚南部和乔治亚州从18世纪开始利用潮汐来捣碎大米。
  
  在西印度群岛潮水的高度不够,不足以用来建造磨坊,但是在苏里南,从18世纪开始,荷兰人利用潮汐来榨甘蔗,和加利福尼亚和乔治亚的大米研磨机一样,用来榨甘蔗的潮汐装置不同于潮汐磨坊,缺少一个蓄水池。不过原理大体相同,当潮水涌来,充满水渠的时候,灌溉庄稼,当潮流退去的时候,水闸落下,水渠关闭,水流走的时候只能通过巨大的垂直水轮,驱动水轮给研磨谷物的机器提供动力。
  
  大多潮汐磨坊的轮子是垂直的(竖型),在这一点上,水磨和潮汐磨没什么区别。但是有时候潮汐磨的轮子是水平方向的(横型)。从美国马塞诸塞州的鳕鱼角沿着海岸线往北,潮汐磨的轮子都是水平方向的,因为与垂直的轮子相比,水平方向的轮子不容易受到冰块的影响。
  
  轮子的数量也有变化,大多数情况下,潮汐磨只有一个轮子,但是在美国和欧洲多于一个轮子的例子并不少见,多佛的潮汐磨有两个轮子。伦敦的潮汐磨有三个轮子,波士顿的潮汐磨有四个轮子。轮子的宽度和直径也没有统一的规定。一些潮汐磨的轮子很小,但是苏里南榨甘蔗的轮子直径有十一二米。
  
  在合适的位置,比如长浪头经常拍打的河口,没有蓄水池也能利用潮汐。最好的例子是1582年,英国工程师彼得?莫里斯在伦敦桥的桥洞里设计的潮水驱动轮装置,该装置为伦敦的水供应提供动力。在法国北部诺曼底地区的勒阿弗尔附近的塞纳河口上也有类似的潮汐轮。
  
  一般来说,潮汐磨12个小时内能运转4-5个小时,或者说24小时内运转8-10个小时。海潮的节奏决定了潮汐磨运转的时间。相比之下,潮汐磨比水磨更受限制。英国船长约翰?斯特德曼在1770年左右游历苏里南时说,“潮汐推动的磨坊是最快的,最便宜的,但是必须等着潮水,一天只能在特定的时间内运转,而牲口磨只要业主愿意随时都可以开工。”尽管有这些限制,但是潮汐能是当时人们能够利用的重要能源。
  
  潮汐间歇性的特点,鼓励人们扩展其可以利用的时间。1739年,法国工程师贝利多在《水力结构》一书中提出了已知最早的解决方法,当时的哲学家狄德罗借用了贝利多的说法,在《百科全书》中写道:“可以如此安排:涨潮的时候,整个装置转向一个方向,落潮的时候,轮子可以毫不费力的转向相反的方向。”
  
  亚瑟?扬在讨论波尔多附近的潮汐磨的时候说,为了把潮汐引过来驱动水车,在建筑物的下面挖了一条很长的渠,另外还有一条出水渠在退潮的时候也能驱动水车。在1796年的利物浦,据说储水池设计非常巧妙,只要业主愿意,就可以连续运转。在英国的苏塞克斯郡也有类似的储水池设计,可以让潮汐磨一天里运转16个小时。牙买加北岸港口法尔茅斯潮汐磨有两个轮子,一个涨潮的时候运转,一个落潮的时候转动。
  
  虽然找到了各种解决方法,但是这些方法好像没有得到广泛应用。只有很少的磨坊在涨潮落潮时都能运转,绝大多数潮汐磨只能利用落潮时的能量。虽然有些传统的潮汐磨直到20世纪50年代还在使用,但是因为能量供应的不规律,还有位置的偏远等原因,都让直接利用潮汐能受到了严格的限制。随着蒸汽机的使用,潮汐磨坊的数量急剧下降。
  
  潮汐发电百年
  
  大海永不停息的运动着,电能被发现后,人们开始思考另一个问题,潮汐能转换为电能吗?如果能转换为电能的话,潮汐就不仅仅限于就地利用,还可以传输到其他需要的地方。
  
  早在19世纪末,英国的一些入海口地区就提出了建立潮汐电站的计划,在一战之前,法国提出了类似的计划。加拿大人希望能利用芬尼湾附近的潮汐。
  
  德国走的更远,1912年在石勒苏益格建立了一个试点。英国人早在1849年就想在塞汶河拦腰建立大坝,20世纪20年代又旧事重提,1925年成立了一个调查委员会。在阿根廷,1923年开始调查利用圣何塞湾的潮汐发电的可行性,1928年调查报告出台。但是这些提议都无果而终。
  
  美国人从1936年开始在帕萨马科迪湾建了三个大坝,不过后来因为资金跟不上而放弃。法国人在1928年提出了利用潮汐发电的提议,潮汐发电厂选在阿贝尔拉克,这里的海潮浪高达4米。因为缺少资金支持,该计划在1939年被终止。但是法国人对潮汐发电的兴趣并未熄灭。
  
  1938年的一项研究估算,如果用大坝把圣米切尔湾附近的海岛连接起来,利用当地的海潮发的电相当于法国当年发电量的总和。因为该计划太过庞大,法国决定在布列塔尼半岛圣马洛湾朗斯河口建立试点。
  
  朗斯河口潮汐电厂计划在1938年提出,实际施工拖到了1961年,最终在1966年完工。但是1966年发的电只占法国总需求电量的1%。而且朗斯电厂自建成之后就受到一系列问题的困扰,比如腐蚀和水锈等。
  
  自1945年之后,世界各地对于潮汐发电的兴趣大增。在英国,被提名的合适的潮汐电站地点有66处。巴西、新西兰、葡萄牙和西班牙凡是浪高6米以上的地方都被考虑过。澳大利亚考察了在西部金伯利地区建立潮汐电厂的可能性。阿根廷圣何塞湾的潮汐电厂计划再次被提起。
  
  在北美洲,在芬尼湾建潮汐电厂的计划一再被提起,美国和加拿大对此这片区域都进行了进一步勘测。加拿大安纳波利斯潮汐电站在1984年投入运行。苏联潮汐电厂也从计划变成了现实。经过1923年的几次调查,1935-1940年再次考察之后,苏联在摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了基斯拉雅潮汐电厂。该电站1968年投入运行。和法国的朗斯潮汐电站一样,基斯拉雅电厂也算是庞大的潮汐发电厂的试点。
  
  2008年开始试运行的爱尔兰斯特兰福特湾潮汐电站,是目前为止海洋上最大的潮汐发电站。不过该记录将在2015年被建在韩国的工程打破。韩国早在1939年就提出了在靠近黄海的首尔附近建立潮汐电厂的计划。
  
  很多人认为,开发利用潮汐非常具有吸引力。潮汐能是用之不竭的,能够直接发电,可以减少人类对不可再生的化石能源的消耗。不过英印生物学家J.B.S.霍尔丹说,利用潮汐会改变潮水的运动,会让地球的自转慢下来,白天会变长,月亮会离我们越来越近。
  
  半百的海洋热能
  
  虽然人们还在考察潮汐发电的可能性,利用潮汐能的另外两个方向,从1945年起已经提上了日程。有专家建议,从大海提取热能,尤其是在发展中国家,那些浪峰落差有限,不适合潮汐发电的地方可以考虑提取海洋热能。专家认为,海洋热能能够为化工厂,人工盐井等工厂的蒸发装置提供能源。法国提出在象牙海岸的阿比让沿岸建立类似的装置,循环海洋温差,不过该项目在1958年被放弃。
  
  另外一个方向就是利用海浪的力量。全世界波浪利用的机械设计数以千计,获得专利证书的也达数百件。因此波浪能利用被称为“发明家的乐园”。早在1910年,法国人布索?白拉塞克在其海滨住宅附近建了一座气动式波浪发电站,供应其住宅l000瓦的电力。这个电站装置的原理是:与海水相通的密闭竖井中的空气因波浪起伏而被压缩或抽空稀薄,驱动活塞做往复运动,再转换成发电机的旋转运动而发出电力。
  
  利用波浪能的例子还有克里斯托弗?科克勒尔的气垫船,日本人研制成功的浮体式波浪发电装置。而英国爱丁堡大学工程师索尔特,早在20世纪70年代,就发明了利用海浪发电的“点头鸭式”波能发电装置,最近又提出了利用漂浮在海洋上的风力涡轮机,将海水雾化喷射到高空中,增加海水蒸发量,从而增加陆地上降雨量的新设想。它的工作原理是:将一个高约60米的垂直轴涡轮放置在海面上,涡轮叶片中设有管道。叶片旋转过程中,离心力将海水吸入管道,并携带海水到达约60米的高度,随后将水从多个喷嘴压出,喷出的水汽将在空中形成云层,从而形成降雨。在此过程中,海水中的盐分将结晶并被倒回大海。
  
  有关潮汐和波浪利用的研究需要雄厚的资金,大多是在政府的资助下进行。不过潮汐能的利用是一个涉及到政治、经济、技术和环境的复杂问题,而直到2020年或2030年之前,大海的能量都不能成为解决人类需求的主要来源。
(本文来源:能源经济网转载请注明出处
仪表网官方微信
@仪表网
已推荐
0

全年征稿 / 资讯合作

联系邮箱:ybzhan@QQ.com
  • 凡本网注明"来源:中国仪表网"的所有作品,版权均属于中国仪表网,转载请必须注明中国仪表网,http://www.ybzhan.cn/。违反者本网将追究相关法律责任。
  • 本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
  • 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
成丰仪表——中国第三代流量计领军品牌


返回首页
“双11”仪器仪表促销狂欢节
关闭