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電氣百科：難以置信！冷水發電

知識百科

       利用水發電 ， 一般有兩種方法：一是在江河上筑壩抬高水位 ， 利用水的勢能發電 ， 水電站就是這樣發電的;二是把水加熱成水蒸氣 ， 利用水膨脹的能量發電 ， 火電廠用的就是這個原理 。

電氣百科：難以置信！冷水發電

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那么能不能既不抬高水位 ， 也不把水加熱就能發電呢?
電氣百科：難以置信！冷水發電

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有人會說 ， 這是癡人說夢!但有人不但這樣想 ， 而且還這樣做了哩 。
異想天開的冷水發電
美國海軍特殊計劃辦公室的海洋工程師克儒文就是這樣一個人 ， 他提出一個利用海洋能的妙招 ， 引起了人們的重視 ， 現在已經通過初步的驗證 。 這個方法看上去有點瘋狂 ， 一般人乍一看理解不了 ， 但是確實很湊效 ， 原理也很簡單 。
具體的方法是這樣的 。 我們知道 ， 很多電廠利用各種形式的熱能把水加熱成蒸汽 ， 蒸汽再推動發電機來發電 。 但克儒文認為 ， 不一定非得把水加熱到100℃ ， 常溫下的水如果沸騰起來 ， 照樣推動發電機發電啊 。
那么常溫下的水如何會沸騰起來呢?
我們知道 ， 正常大氣壓力是101.325千帕 ， 水沸騰的溫度是100℃ ， 氣壓越低 ， 水的沸點就越低 ， 氣壓與水的沸點是有個對應關系的 。 例如青藏高原上 ， 滾沸的水 ， 溫度只有80多攝氏度 ， 原因就是高原上的氣壓低 。 氣壓降低到一定程度 ， 如降低到4千帕 ， (約0.0395大氣壓) ， 水在30℃下就會沸騰 ， 氣壓繼續降低 ， 低于0.9千帕(0.0089大氣壓)時 ， 水在4℃下也會沸騰 。 反過來 ， 根據沸點與氣壓的對應關系 ， 如果4℃下水蒸氣的壓力高于0.9千帕 ， 那么水蒸氣就會冷凝 。
根據這個原理 ， 為了讓30℃的水沸騰 ， 我們就必須給盛水的罐子抽去空氣 ， 使罐里的氣壓低于4千帕的壓力 ， 這樣水就沸騰起來了 。 但需要不斷地抽去盛水罐子里的空氣 ， 這樣一來 ， 所消耗的能量會超過真空下水沸騰發出的電能了 。 這顯然不行 。
克儒文可沒有這么笨 ， 他把盛水罐子通過管道與一套冷卻器相連 ， 水罐內裝30℃的溫水 ， 把盛水罐子里的空氣抽成約4千帕后 ， 水罐內的水會沸騰起來 ， 產生大量蒸汽 。 蒸汽通過管道進入冷卻器 ， 冷卻器的冷凝管內流淌的是4℃的冷水 ， 因此冷凝管外表面的溫度也就是四、五攝氏度的樣子 。 前面說過 ， 在0.9千帕時 ， 4℃的水會變成蒸汽 ， 同樣 ， 氣壓大于0.9千帕以上時 ， 4℃的蒸汽就會變成水 。 而盛水罐子里的氣壓是4千帕 ， 所以當來自水罐的30℃的水蒸氣進入冷卻器后 ， 就會在冷凝管外表面冷凝下來 ， 重新變成水 。 同時 ， 氣壓也大大下降了 。
這樣一來 ， 水罐那一端的蒸汽壓力是4千帕 ， 而在冷卻器那一端的蒸汽壓力不到1千帕 ， 這其中的蒸汽壓力差就是3千帕 。 這個壓力差就會在管道里造成較強的汽流 ， 就像氣壓差會讓空氣流動形成大風一樣 。 把發電機的渦輪設置在管道中 ， 蒸汽流就可以推動渦輪旋轉而發電了 。 我們只需要最初給水罐和與水罐相連的管道抽一次真空 ， 并且保證冷卻器中的水在4℃就行了 ， 之后 ， 這套系統就自動運轉了 。
但是4℃的冷水又從哪里來呢?而且還需要這些冷水始終在冷凝管內流淌著 ， 到哪里找這么多冷水呢?需要用制冷系統來冷凝嗎?如果是這樣 ， 那么制冷系統消耗的電能就有可能比這套發電設備發出的電還多了 。
克儒文可不會這么做 ， 他的冷水來源另有妙計 。
巧用海水的妙計
見過大海的人都會感嘆大海的博大和廣闊 ， 那真是一望無際 。 如此廣闊的海面上始終接受著陽光的照射 ， 夏季時 ， 水溫一般保持在25到30℃的樣子 ， 而海底1000多米的深處 ， 水溫卻是4℃ ， 這部分冷水的水量巨大 ， 但卻長期不見陽光 。 克儒文就是用最省事的方法把這些冷海水采集上來 。
也許這想法又把人嚇住了 ， 把大量的冷水從1000多米的深處抽上來嗎?這要消耗多大的能量啊?我們的抽水機只能向空中拋出10米高的水柱 ， 這1000多米深的水如何能抽上來?這想法確實乍一看有點瘋狂 ， 但用物理知識仔細想想的話 ， 覺得這個想法瘋狂的人就要嘲笑自己了 。
水泵只能拋出10米高的水柱 ， 是因為地面水的壓力是一個大氣壓 。 但是海底的水承受的壓力不僅有大氣壓 ， 還有1000多米的水壓 。 如果向海底伸入一根1000多米長的管道 ， 管道內的壓力與外側的水壓正好平衡 ， 沒有抽水機工作的話 ， 水管內的水位與海面平齊 。 但是當用抽水機抽水的話 ， 水管就會源源不斷向外出水了 。 待抽水十幾分鐘后 ， 水管內的上層溫度較高的海水就完全被抽出來了 ， 從水管底部進入的海水就是4℃的冷水了 。 因此抽水約20分鐘后 ， 水管內就全部是4℃的冷水了 。 從這個過程可以看出 ， 從水下1000多米深的地方抽水 ， 與在海面上抽水一樣輕松 ， 消耗的能量是一樣的 。
如果在熱帶海邊的一個小島上建起一個發電廠 ， 在比海平面高1米的地方鋪設熱水罐、熱水管道、冷凝管、冷水管道等就可以了 。 把大海表面近30℃的溫熱海水抽到熱水罐里 ， 把海底4℃的冷海水抽到冷凝管內 ， 發電廠就可以工作了 。 由于高度只有1米 ， 因此向這些管道內抽水消耗的能量很少 。 這樣 ， 30℃的溫熱海水與4℃的冷海水相互配合 ， 就可以發電了 。
有人或許有疑問 ， 這個過程如果抽水機消耗能量很少 ， 發出的電能很多的話 ， 會不會是違背了能量守恒定律?這套發電系統能夠發電的能量來自哪里?答案是 ， 來自溫熱海水和冷海水之間的溫度差 ， 可以認為是太陽把表面海水加熱了 ， 溫熱海水儲藏了大量太陽能 。
各大海洋上層和低層都存在這種溫度差 ， 只要把這些利用起來 ， 相信發出的電能足以代替化石燃料了 。
冷水發電的副產品
這套發電系統不僅用于發電很巧妙 ， 發電過程中 ， 蒸汽冷凝出來的淡水在海島上還是難得的淡水資源 ， 可以用于飲用、生活、灌溉等 。 另外 ， 這些淡水是從冷凝管冷凝出來的 ， 因此水溫較低 ， 還可以用于食品冷藏或空調 。
如果它的冷水管道在莊稼地下經過的話 ， 管道的低溫還會讓莊稼根部土壤處有冷水凝結出來 ， 就像在夏季喝冷飲時 ， 裝有冷水的杯子外面會冷凝出水珠出來 。 這較冷的水珠會給莊稼提供生長需要的淡水 ， 同時由于這水溫度較低——約有10℃的樣子 ， 還能刺激莊稼生長旺盛!
植物在冷刺激下生長更快或結果實更多 ， 這種方法在生物學實驗室中經常使用 ， 用來刺激實驗植物快速生長或分泌某些人類更需要的化合物等 。 在這里 ， 通過把冷水管道鋪設在莊稼的根部 ， 就可以起到這種刺激作用 ， 從而讓植物生長和繁殖旺盛 。 如今試驗的結果 ， 這種讓根受冷的方式可以讓葡萄一年出產三季 ， 讓原本生長期為18個月的菠蘿8個月就可以結果采摘 。 至于冷刺激為何會促進植物生長或結果 ， 這是因為一定程度的低溫可以讓植物為了應對冷而分泌很多利于生長的化合物 ， 從而顯得更精神 ， 更有活力 ， 就像人在較冷的時候 ， 一般都不會打瞌睡一樣 。
【電氣百科：難以置信！冷水發電】因此冷水發電系統建在哪里 ， 哪里就可以出現大片生機盎然的綠洲 ， 科學家正想著如何把這些冷凝水輸送到附近的沙漠 ， 讓海邊的沙漠也變成片片良田呢 。