在…的河岸上扎营我突然对可再生能源产生了兴趣
细雨把太阳能电池板冲进了沉睡状态,而风力涡轮机在微风中毫无用处地来回摇摆。
风从何而来?我问周围的人,希望风会对我的注意有所反应,并稍微提高一点。“从没想过”,“嗯——我真的不知道”,“西北!”我稍微修改了一下这个问题,寻找原因,普遍的回答是“重力”。我有点震惊。
如果我问古希腊人,他们会一致回答是西风之神造成了这些风。我们当然知道这不是真的。所以,风来自哪里的答案是:太阳。但为什么会这样呢?
地球表面的形状和一致性各不相同。我们有山脉、平原、峡谷、沙漠、森林、湖泊和海洋。它们吸收阳光的程度不同,导致了当地的温差。在较温暖的地区,热空气膨胀上升,造成气压下降。周围压力较高的空气被吸入,取代上升的空气。
这在海边是常有的事。在白天,陆地及其上方的空气比海洋温度更高,将较冷的海洋空气吸引到陆地上方,形成向岸微风。每年夏天,西澳大利亚州的居民都要依靠他们的“弗里曼特尔医生”(Fremantle Doctor),每天下午2点左右,“弗里曼特尔医生”会为这座过热的城市降温。
尽管我在白尼罗河上的涡轮机做了一些微弱的尝试,但我们还是可以从风能中获取大量的能源。要做到这一点,我们需要把动能转换成机械能。然而,无论我们多么聪明,我们永远无法捕捉到全部的风能。撇开摩擦造成的损失不谈,根据德国物理学家、风力涡轮机技术先驱阿尔伯特•贝兹在1920年的计算,我们所能期望的最佳损失约为60%。
物理学家似乎总是忍不住要计算和预测。显然,风速越快,能量就越多,但多多少少呢?同样,更大表面积的风力涡轮机将捕获更多的风,并应该产生更多的电力——但多多少少呢?
这是相对容易预测的。计算风的动能的方法与计算任何运动物体的方法相同。它正比于它的质量(m)乘以速度(v)的平方或½mv2。对于风,我们讨论的是移动的空气的质量和风速。所以如果你把风速加倍,你可能会认为你得到了四倍的能量。但当速度加倍时,通过某一区域的风也会加倍。因此,要计算当风速翻倍时,涡轮机可能捕获的能量,你需要乘以4(速度的平方)和2(通过叶片的空气质量)。结果是,当风速翻倍时,能量增加了8倍。一般的规律是风能的增加与速度的立方成正比。
这就是风力发电如此吸引人的原因,也是风力发电占丹麦总发电量30%的原因。但当我抬头望着我那无力运转的涡轮机时,多风的丹麦似乎离我很远。
那么“风的成因是什么?”仔细想想,也许希腊人向诸神寻求解释并非完全错误。毕竟,是太阳神赫利俄斯让风刮起来的。
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