人与自然 系列丛书-第196章
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当一位男士送给心上人一颗钻石或一枚定婚戒指时，实际上送给她的只不过是精美的火山产物。
目前，一些科学家正试图寻求利用火山资源的新方法。加州能源委员会和美国能源部正在长谷投资挖掘一口科研井。负责此项目的科学家约翰·鲁道尔说：“这里的潜在能源相当大，仅此一处的地热能源厂开发出的洁净、可连续供给的能量，就相当于60个大型核能厂的输出量。”于此同时，位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室正在进行一次叫作“热干石”的技术实验。他们分别挖了两口相距90米、深300多米的井，然后向其中的一口井里灌水。水在滚烫的岸石中流动并带走热量，然后，再将热量从另一口井中压出地面。负责人大卫·杜切恩主任说：“这项技术能向世界各地的千百万人提供洁净、可靠和廉价的能源，而它就在我们脚下。”
古人惧怕火山，但学会了使用火。今天，我们要学会更好地利用地下“火”来美化我们的生活。
太阳能的利用
对太阳能的利用，中国是世界上最早的国家之一。远在3000多年前的西周时代（公元前11世纪），就已有了“阳燧取火”技术的记载，所谓“阳燧”，就是形似凹面镜的金属圆盘，对着太阳聚光，在聚光点点燃艾绒等易燃物，取得火种。这是一种最古老的太阳能聚光器。1990年第11届亚运会火炬的火种，就是于8月7日下午，在距拉萨市以北100多公里的念青唐古拉峰下，由15岁的藏族少女达娃央宗用木柴从抛物面聚光太阳灶上获得的。原理与古代阳燧差不多，唯聚光所用的材料有较大的差别。阳燧取火技术在世界太阳能利用科学史上占有重要的地位。
国外认为阿基米德是利用太阳能最早的人之一。约在公元前215～210年间，古罗马帝国的舰队侵占了西西里岛，派了一支舰队攻打希腊库扎港，著名的学者阿基米德，为了保卫家乡，他让每个士兵用擦亮的铜盾，排列在城堡上，把太阳光聚集反射到入侵的罗马舰船上，结果使舰船起火，敌人仓皇逃跑。可惜无法考证，人们认为是一种传说。然而在1973年，希腊的一位科学家萨克斯博士，雇了50多名水手，各持一块长方形铜镜，聚焦一只木船，结果木船起火。此可证明阿基米德用铜盾烧敌舰是可能的。
以上说明太阳能利用技术古已存在。但人类自觉地把太阳能作为一种能源利用，还是起于1615年。法国考克斯是世界上第一个把太阳能转化为机械能的人。从此，太阳能利用进入了一个新的历史时期。
目前，人类利用太阳能主要有两种形式：一种是太阳能热利用，即利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热能直接加以利用。如果集热器匹配不同用途也就有不同名称，如太阳热水器、太阳灶、太阳能干燥器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调等。另一种是将太阳辐射能转化为电能加以利用。这种光电转换是通过半导体物质直接将太阳辐射能转换为电能，通常称这种过程为光生伏打效应，如太阳能电池等。
我国太阳能资源是丰富的，辐射年总量在3300～8400兆焦/米2·年。
5850兆焦/米2·年这条等值线，自大兴安岭西麓向西南，经河套沿青藏高原东缘到云南和西藏交界处，将我国分为两大部分，西北部太阳能丰富，东南部和川贵太阳能较贫乏。目前我国太阳能开发利用最好的大都分布在太阳能丰富的地区。据不完全统计，太阳灶有16万台，太阳能热水器250万平方米，被动太阳房180万平方米，太阳能农作温室34。2万公顷。
太阳能热发电、高温太阳能热发电，又称“塔式太阳能发电”。美国、日本、欧洲等已建成几座这样的电站。世界上最大的是美国能源部在加利福尼亚州莫哈维沙漠的巴斯托“太阳能1号电站”，功率10兆瓦，塔高100米，定日镜39。9米2×1818面。现在又在1号电站的附近，开始建2号热电站，也是10兆瓦，预计1996年完成，投资4850万美元。日本阳光计划总部建的两座1兆瓦、法国建的2。5兆瓦、意大利建的1兆瓦、西班牙建的1兆瓦等太阳能热电站，都在运行。由于太阳能热电站设备庞大，造价高，短期内尚难进入商业性发展，但它却显示出巨大的潜力。
风能利用
风能是地球上的一种自然资源。人类成功地利用风能历史比较悠久。在我国利用风力驱动帆船，在《物原》上记载：“燧人以瓠济水，伏羲始乘桴，轩辕作舟楫，。。夏禹作舵加以篷碇帆樯。”若夏禹是帆的发明人，至今已有3000多年的历史了。在甲骨文里的“凡”字，刻成“■”，据考证“帆”字的原始字样，就是来源于■，这一象形字也可说明帆在我国古代就已利用了。
在距今1800年以前的东汉刘熙所著的《释名》一书上，对帆字作了“随风张幔曰帆”的解释。明代宋应星的《天工开物》一书中载有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止。”这是对水平风车的一个较完善的描述。以后方以智著的《物理小识》载有：“用风帆六幅，车水灌田，淮扬海堧皆为之。”描述了利用风帆灌田的情况。
明代我国风车利用较普遍，童冀在他的《水车行》中有：“零陵水车风作轮，缘江夜响盘空云，轮舟团团经三丈，水声却在风轮上，。。”可见我国利用风力提水灌溉和风力加工粮食的风磨至少已有350多年的历史了。
风帆是一种最简单的风力机械，若将它用于驱动船前进的动力，这船就是风帆船。我国明代著名的航海家郑和，就是利用帆船从1405年开始下西洋，7下西洋，历时28年。这比意大利航海家哥伦布公元1492年第一次乘帆船横渡大西洋，约早了近90年。
我国沿海沿江地区，风帆船和风力提水灌溉制盐一直延续到本世纪的50年代，仅在江苏沿海利用风力提水的设备曾达20万台。
还要提及的，是我国创造的垂直轴风轮（也称立帆式）。它是将8个帆各编在一个直立的杆上，各帆的正中上端则各由一绳系之。当地称此为“走马灯”式风车。我国出现这种风车距今已有1300多年的历史，先于世界上任何国家。我国沿海产盐地区用这种风车提海水的很多，如大沽和塘沽一带在建国初期仍可看到。
立帆式风车不受风向改变的影响，风轮总是向同一个方向旋转，较之水平风车方便，不需要对风的装置，这是设计上最巧妙的地方。
清代中叶，周庆所著的《盐法通志》上有这种风车的记载：“风车者，借风力回转以为用也，车帆高二丈余，直径二丈六尺许。上安布帆八叶，以受八风。中贯木轴，附设平行齿轮。帆动轴转，激动平齿轮，与水车之立齿轮相搏，则水车腹页周旋，引水而上，此制始于安凤官滩，用之以起水也。”
但这种风车，创于何人还找不出明确的记载。
根据国外记载，埃及被认为是最先利用风能的国家。约在几千年前，他们就开始用风帆来协助奴隶们划浆，后用风帆磨谷、提水等。
波斯人在几千年前也开始利用风能，约在公元700年时，他们也有了立轴式风车。
据认为，是班师的十字军将风车的概念和设计带到了欧洲，可能是荷兰人发展了水平转轴、螺旋浆式的风车，这种风车在荷兰和英国的乡村是很普遍的。风力和水力很快就在中世纪的英格兰成了机械能的主要来源。在这一时期，荷兰人依靠风力来抽水、磨谷等，直到1750年，发明了扇形尾（当时电接风速仪上的尾翼）之后，才不必靠人去调准风车的方向了。荷兰人利用改进风车，广泛地用来排除沼泽地积水和灌溉莱茵河三角洲。18世纪荷兰曾有9000座风车排除人造地的积水。
1850年以后，美国在已有风车的基础上，制造成有名的“美国农场风车”用于提水，曾达到600万座。
总之，风力机械在蒸汽机出现之前是动力机械的一大支柱，随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，各种曾经被广泛使用的风力机械，由于成本过高，功率过低，无法与蒸汽机、发电机等相竞争，渐渐淘汰。
十几个世纪相传的辘辘而转的风车，被马力巨大的现代化电力所取代。例如荷兰现有几百座风车，大多是为招徕游客而开动的。美国仅在边远地区有十几台作为古老景观。我国在沿海的盐场尚可见到几百台。
到本世纪初，风力发电开始出现了。德国、法国、丹麦、前苏联先后制造了卧轴风力发电机，发电机功率由十多千瓦到100千瓦。但都是试验性的。
美国还制造了一个额定输出功率为1250千瓦的大型风力发电机。叶片直径53米，于1945年3月，作为常规电站并入电网，后因一片风叶脱落而停止，仅运行了33天。
我国自50年代中期开始研制小型风力发电机和提水机，60年代，一些风力机投入小批量生产。
随着环保的需要，保护地球的需要，从1990年世界气候大会和1992年里约热内卢国际环发大会以后，人们对环保问题越来越关注，风能是无污染的洁净的再生能源，受到国内外人们的青睐。
我国发展风力发电从“六五”开始，正式列入国家攻关项目，当时是以解决农村能源为主，发展的是小型风机，100、200、300瓦等，一家一户一个风机，用于照明、收听录音机和看电视等，到现在约有15万台，每年以1。5万台递增。80年代末开始建立风电场，到目前已有10个风电场，总装机容量3。1万千瓦，最大的在新疆达坂城，装机33台，其中4台500千瓦，其余为300千瓦，一共10700千瓦。我国计划到200O年装机100万千瓦。
世界上最大的风电场在美国加州，其中一个风电场有2400台风力机，总装机容量24万千瓦，美国风力机总容量为171。7千瓦。欧洲总装机容量为172。5千瓦。
单机容量国际上认为300千瓦以上较好，在国内目前装机大都为300千瓦、600千瓦。在国外，1000千瓦在发达国家也开始试运行。世界上安装最大的风力机7。2兆瓦，叶轮直径128米。
我国有悠久的风能利用史，但与世界各国相比还显得较落后，1994、1995年连续召开几次国内国际会议，为发展风电采取的举措是前所未有的。表现出我国人民的一种决心，一种必须迅速发展我国风电的心情。
水刀的功用
在南非一些金矿的矿井里，矿工们手握“喷枪”，从矿井的石壁上，轻而易举地“切”下了一块块坚硬的石英岩。“喷枪”里射出来的是普普通通的水。
在加拿大首都渥太华一家医院的手术室里，无影灯下，主刀医生手中拿着一支“笔”，从“笔尖”射出一股极细的水柱——医生们就是利用这细小的水柱，把病人的残肢“切”了下来！
美国的一家医院里，正在进行一例高难度的手术，医生用“水笔”给病人切除坏死了的肝脏。但见“笔尖”过处，那坏死了的部分肝脏被迅速地切了下来，血管里的血还来不及渗出就被止住。。水，有着非凡的功能。它不仅能为生命的存在和延续提供保证，而且人们今天还能利用水流喷射时的冲力，制成了“水刀”（也叫“水锯”）。这种“水刀”不仅应用在医疗战线，而且还在金属切割、食品和采矿等行业中大显身手。
“水刀”工艺实际上就是让水在高压条件下做切割工作。国外称它为“高压水流切割刀具”，它最早出现在加拿大。这种刀具的刀身是高压水流。高压水流从针箍状的喷嘴里喷出。这些喷嘴是用人造蓝宝石制成的，直径为0。076～0。635毫米。高压水流以每秒钟1000米高速离开喷嘴。因此，“水刀”可以轻松自如地切割各种材料——可以把厚厚的钢板切开，也可以“锯”出各种带曲线的图案和带花纹的原件，“锯”出精密度要求高、安装于航天器上的各种零部件。这些零部件的工艺要求高，难度又大，普通的切割刀具是难以完成使命的。
“水刀”——高压水流切割技术在切割工艺领域中还是一名“新兵”，但它却是一位“多才多艺”的“多面手”。比起它的“先辈”电锯、电弧切割和激光切割来，它有着更多的优点：“水刀”具有强大的威力，可以随心所欲地截切各种口径的钢管和不同厚度的钢板；能够切下花岗岩和石英岩之类坚硬的岩石。同时，在作业时，切割面上的温度能保�
