利用人气压差发电
文章出处：《能源趣览》   发布时间：2005-04-05  


　　利用大气压差发电，是一种新能源的构想可望在21世纪去实现。


　　在能源供应一天比一天紧张的今天，迫使科学家们去探索那些既干净、安全，又取之不尽，用之不竭的新能源。利用大气压差发电，就是科学家们当前正在探索。实验，并取得了一定成果的项目之一。一旦进人实用阶段，它给人类社会将带来无穷无尽的希望和幸福。


　　什么是大气压差发电呢？要回答这个问题，我们必须从什么是大气压说起。地球表面包裹着一层几十公里厚的大气，据计算，它的总重量相当惊人，大约有5130×104亿吨！地面上每平方米大约要承受10吨重的大气柱的压力！气象科学上的大气压，就是单位面积上所受大气柱的重量（大气压强），也就是大气柱在单位面积上所施加的压力。


　　气压的单位有毫米和毫巴两种：以水银柱高度来表示气压高低的单位，用毫米（mm）。例如气压为760毫米，就是表示当时的大气压强与760毫米高度水银柱所产生的压强相等。另一种是天气预报广播中经常听见的毫巴（mb）。它是用单位面积上所受大气柱压力大小来表示气压高低的单位。l毫巴=牛顿／平方厘米=100帕。


　　气压是随大气高度而变化的。海拔越高，大气压力就越小。两地的海拔高差越悬殊，其气压差也越大。


　　大气柱的重量还受到密度变化的影响，空气的密度越大，也就是单位体积内空气的质量越多，其所产生的大气压力也越大。


　　由于大气的质量越近地面越密集，越向高空越稀薄，所以气压随高度的变化值也是越靠近地面越大。例如在低层，每上升100米，气压便降低约10毫巴；在5－6公里的高空，每上升100米，气压降低约700帕；而到9－10公里的高空，每上升100米，气压便只降低约500帕了。


　　气压无时无刻不在变化。在通常情况下，每天早晨气压上升，到下午气压下降；每年冬季气压最高，夏季气压最低。但有时候，如在一次寒潮影响时，气压会很快升高，冷空气一过，气压又慢慢降低。所以气压的变化是经常性的。


　　现在我们再来说关于大气压差发电的问题。所谓大气压差发电，是指利用地球表面大气压在垂直方向上分布的差异所造成的空气流动动力，来带动发电机发电的发电方式。


　　由于大气压是由地面向高空逐步递减的，并且受到地球重力的作用，所以，一般情况下，不会引起空气的剧烈流动。正如坡降很小的河流，虽然也有一定水位差，但很不明显，水流所产生的冲击力很小，不能发电。但是，如果我们能利用一些特殊的装置，人为地增加水位差（修水坝提高水位差），那么，流水产生的冲击力就会急剧增大。正如人们为了用水发电，拦河筑坝提高水位一样，如果我们也采用一定的装置，增加气压之间的压差，那么它产生的能量，同样也是十分巨大的。


　　实际上，人们早已经在使用类似的装置，如我们平时所见到的烟囱，就是一个很好的例子。烟囱的工作原理，可以用图14（1）来说明，图中，由于B点的气压低于A点的气压，故空气在气压的作用下，由A点向B点流动，产生一种气流动力，将烟尘排入高空大气中。很明显，烟囱的作用就像拦河坝一样，人为地增大了大气压差，造成了空气的剧烈流动。


　　在烟囱的启发下，科学家们设想，如果能利用一定的装置，如风轮机，将这种空气流动所产生的动力转化为旋转力，带动发电机发电，就可以得到一种既卫生、安全，又取之不尽的新能源。因为这种动力不用任何燃料，不排放任何污染物，可以昼夜不停地连续工作，是人类理想的动力之一。


　　当前，大气压差发电这一构想变成为用世纪的一种新能源，还有许多理论需要研究，有许多问题需要解决，需要有一个实践的过程，然后才是大面积的推广使用。要使大气压差发电达到实用价值，必须使气流能够产生足够大的动力，使发电机发出较大的功率，如果只是能够发电，但功率太小，就没有什么实际意义了，更谈不上推广使用。


　　发电机的功率大小，与烟囱的高度、直径。形状等密切相关。那么，哪些因素能影响空气流动的动力大小呢？科学家们做了一系列的实验，结果表明：如果把小风车放置在比较低的矮的烟囱人口处，风车的转动速度不快，说明空气流动不剧烈；如果把小风车


放在比较高的烟囱的入口处，小风车的转速明显加快，这说明气压所产生的气流动能与烟囱的高度直接相关，它的理论依据可用图14（2）来表示。


　　实验得知，烟囱高度如果每增加 1公里，气压将下降 10个大气压。也就是说，如果能建一个1公里高的烟囱，在它的入口处和出口处，将会产生10个大气压，在这么大的气压下，空气流动就会非常剧烈。其实，这是烟囱为什么可以拔烟助火的原因和奥秘。


　　根据以上原理，我们可以设想，只要建一个高高的烟囱，就可以带动风轮机转动，发出足够大的电来。并且所发电能的大小和烟囱的高度成正比。但事实上，由于目前的技术水平所限，人类只能造出几百米高的建筑物，在这样的高度下，气压的差是较小的，只有几个大气压，那么要想在高度不变的情况下增大功率，看来只好从别的方面想办法了，这些办法应该如何找呢？


　　从理论上讲，在烟囱高度一定的情况下，其他一些条件的变化，也能引起空气流动速度的变化，这些因素包括：


　　1．烟囱的截面积大小，即烟囱的直径大小，正是影响空气流动速度的因素。如果截面积太小，毫无疑问气流的推动力也就越小。但也不是说截面积越大越好，关键是找到高度和截面积的关系值，以及它们的最佳结合点。即在某个数值范围内，气流是最快的。


　　2．烟囱的内表形状。即烟囱的内壁是光滑的，还是螺旋状的、直槽状的，或者其他什么形状的。


　　3．其他因素的影响，如增加底部入口处的温度，即给烟囱底部加温，也能够加速气流的流动等。


　　如果单个风轮机产生的动力较小，也可以装几个或几十个，形成像蜂窝状的连体烟囱，并把每个烟囱中的风轮机并联安装，带动发电机发电，建造气压发电站。


　　据科学研究证明，用大气压差带动风轮机发电是可行的，只要不断地研究，不断地探索，是可以实现的。预计，利用大气压差发电的科学技术，将于ZI世纪前10年至20年间，就会完善起来，为人类开辟一条新的能源道路。