時間:2012-11-14 來源:合肥網(wǎng)hfw.cc 作者:hfw.cc 我要糾錯
發(fā)電并非羅杰·安吉爾的老本行,他在亞利桑那大學(xué)擔(dān)任天文學(xué)和光學(xué)教授,是光學(xué)界的先驅(qū)人物,也是玩弄鏡子的好手。他發(fā)明過一種制造望遠鏡的全新方法,制造出的鏡面面積龐大、成像精確;而現(xiàn)在,他又將這種聚集星光的技術(shù)稍加改進、用來聚集陽光,希望借此提高太陽能的利用率、從而降低成本。發(fā)電機
安吉爾的發(fā)明,關(guān)鍵在于聚光;而聚光的關(guān)鍵,在于凹鏡。
安吉爾在亞利桑那大學(xué)有一間“鏡子實驗室”。在這里,他和同事制造出了一批長寬各為 11 英尺(約3.3米)的巨大鏡面,所使用的方法稱為“旋轉(zhuǎn)燒制法”。
如何制作表面積巨大的鏡面,一直是鏡子制造者面臨的難題。通過賦予鏡子蜂窩狀的中空結(jié)構(gòu),安吉爾解決了這個問題。他將玻璃渣放入巨大的模具,再將模具放進巨大的旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)加熱。當(dāng)爐內(nèi)溫度達到攝氏 1149 度,玻璃熔成液態(tài),并淌入模具。由于空氣在輕質(zhì)蜂窩狀結(jié)構(gòu)中循環(huán),玻璃得以在短時間內(nèi)實現(xiàn)熱平衡。而他之所以選用旋轉(zhuǎn)爐,是因為在旋轉(zhuǎn)中,玻璃會自然形成拋物面、從而達到聚集光線的效果。
制造出這樣一面巨鏡需要一年時間,到現(xiàn)在,實驗室已經(jīng)造出了十幾面蜂窩巨鏡。利用這些鏡子,安吉爾已經(jīng)在大學(xué)里的一個廢棄游泳池內(nèi),造出了一臺太陽能發(fā)電機的原型機,這臺機器看起來有點像一個巨大的箱形風(fēng)箏,一個白色鋼架托起一面方形巨鏡。鋼架安在一個轉(zhuǎn)塔上,能夠追蹤太陽的軌跡。為節(jié)約成本,用的是普通的窗玻璃,只是將一面涂以銀色、處理成了鏡子。鏡面內(nèi)凹,把陽光聚集在光伏電池上。聚集陽光,是為了讓太陽能電池在將光能轉(zhuǎn)化為電能時更加高效。據(jù)估計,這種設(shè)計至少可以反射日光中 90%的能量,最高或可達 98%。在整個設(shè)計中,只有追蹤太陽方位的轉(zhuǎn)塔是可以動的,裝置在運行中發(fā)出輕微“沙沙”聲,且不產(chǎn)生污染物。
目前為止,這臺發(fā)電機組原型機還只能發(fā)出幾千瓦的電能,但安吉爾指出,這些電能已經(jīng)可以投入實用:“你可以用它來給電動汽車充電。試想一下,開著由太陽能驅(qū)動的汽車在市內(nèi)漫游,那感覺應(yīng)該相當(dāng)不賴吧。”
天才人物的奇思妙想
安吉爾的名字或許對大眾來說并不熟悉,但對于科研圈子里的人來說,他卻代表了大海般寬廣的創(chuàng)意,與他合作過的同行,無不對他交口稱贊。比如去年諾貝爾物理學(xué)獎得主、澳大利亞科學(xué)家布萊恩·施密特就說,安吉爾滿腦子都是瘋狂的念頭,稱贊他的創(chuàng)意和天才舉世少見,施密特雖然貴為諾獎得主,但是他也承認,連他在內(nèi)的許多科學(xué)家,都無法像安吉爾那樣富于創(chuàng)意地解決問題。
他這樣評說安吉爾:“我們都是負責(zé)掃尾的人,我們找一些顯而易見的問題,把它們解決掉。但羅杰不一樣,他會把你帶入全新的軌道、開啟全新的想法。”
用鏡子實現(xiàn)太陽能發(fā)電,只是安吉爾應(yīng)對全球變暖的計劃之一。早在 2006 年,他就提出過鏡子的另一重妙用。那一年他在一篇論文中探討了用玻璃反射日光、在地球上投下陰影的可行性。他將這個計劃稱為“太陽輻射管理”。他認為,萬一地球在將來遭遇重大氣候災(zāi)害,就可以用這個辦法來抵消溫室效應(yīng)。他建議在太空中安放一面巨大的玻璃盾牌,將太陽射向地球的部分光能反射回去,以此抵消溫室效應(yīng)。具體做法是向太空中發(fā)射數(shù)以十億計的玻璃遮陽傘。要實現(xiàn)這個計劃,還需要全新的發(fā)射裝置,安吉爾認為傳統(tǒng)的火箭肯定無法勝任,他建議用電磁炮將玻璃傘分批射入軌道,然后組裝。據(jù)他計算,這樣一個項目會讓整個地球的日照減少 2%左右,足夠抵消大氣中的二氧化碳翻倍造成的影響。
安吉爾說,無論何時,他腦子里總在想著怎么解決這顆行星的問題。無論是洗澡、爬樓梯、還是驅(qū)車,他的腦子總在飛速轉(zhuǎn)動、為復(fù)雜的問題尋找實用的解答。“我認為全球變暖是對地球的嚴重威脅,我想做點什么、幫幫我們的母星。”
一石二鳥的減排計劃
為了進一步研發(fā)和推廣,安吉爾和他的同事們組建了一家名為“REhnu”的公司(讀作“renew”,即“循環(huán)”)。據(jù)估計,他們的發(fā)電機組廠家發(fā)電成本將比現(xiàn)在上流行的太陽能發(fā)電技術(shù)便宜五倍。
發(fā)電成本必須加以控制,要讓用電單位在沒有政府補貼的前提下消費得起。眼下最流行的太陽能技術(shù)是在屋頂和太陽能電廠使用的光伏電池板,其中規(guī)模最大的是美國內(nèi)華達州的內(nèi)利斯空軍基地,發(fā)電規(guī)模為15兆瓦。另一種方法是將太陽光聚焦到盛水管道上,形成蒸氣、推動渦輪,比如加州莫哈韋沙漠中的電廠,發(fā)電規(guī)模為 300 兆瓦。這些傳統(tǒng)方法的成本大約是每瓦 5 美元,無法和燃燒化石燃料的發(fā)電方法競爭。
但安吉爾確信,他的方法可以。他的目標是建造一家 10 億瓦規(guī)模的電廠,這個規(guī)模,可說是相當(dāng)可觀的。在一個盛夏天的下午,美國的高峰用電量是 8000 億瓦,而一家 10 億瓦電廠每年的發(fā)電量,就相當(dāng)于 20 萬戶美國家庭的用電量。安吉爾還預(yù)計,電廠的發(fā)電成本將是每瓦 1 美元,每千瓦時僅需 5 美分。
這項技術(shù)一旦推廣,不但降低成本,而且有益環(huán)境。一家 10 億瓦規(guī)模的 REhnu 電廠,在發(fā)電過程中將不產(chǎn)生二氧化碳,也不使用水;而一家同等規(guī)模的火電廠,每分鐘就要產(chǎn)生五噸二氧化碳,消耗一萬加侖水。當(dāng)然,碳排放在電廠的建設(shè)過程中是無法避免的,可是它一旦建成投產(chǎn),就能在兩年時間內(nèi)將這些排放抵消。而且在接下去的每一年里,電廠會讓地球大氣免遭 200 萬噸二氧化碳的侵襲。安吉爾估計,如果在全球推廣 REhnu 技術(shù),那么只需一千家電廠,就能讓全球的二氧化碳排放量減少 10%。
此外,相比傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電技術(shù),REhnu 電廠對于環(huán)境的其他沖擊也比較小。電廠在建設(shè)中無需平整土地,發(fā)電機將建在高出地面的空中,使得大部分地面不受破壞,也不會被電池板遮擋。
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