國際能源大環(huán)境
(一)能源的現(xiàn)狀、能源的短缺和結(jié)構(gòu)不良帶來的問題
人類社會(huì)需求的你能源可分為被動(dòng)能源和主動(dòng)能源。被動(dòng)能源(如太陽能、宇宙射線能來到地球影響人類等)因?yàn)槭峭獠靠陀^世界強(qiáng)加給人類的，是不以人類的意志和主觀能動(dòng)性為轉(zhuǎn)移的，我們這里不再討論。我要討論的是人類通過自己的主觀能動(dòng)性可以支配的那部分——主動(dòng)能源：化石能源、水力能、核能、太陽能、風(fēng)能、生物能、溫差能……。
1、化石能源是當(dāng)今社會(huì)應(yīng)用最廣泛的能源。但是化石能源在地球上儲(chǔ)量有限且面臨近期枯竭的問題。另外由于化石能源的污染性及使其帶來的環(huán)境氣候問題幾乎已經(jīng)到了毀滅整個(gè)人類文明的程度。爭(zhēng)奪石油的中東戰(zhàn)爭(zhēng)、溫室氣體排放氣候變暖……已經(jīng)到了不得不解決的地步。
2、水力能是當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)利用的第二大能源。但現(xiàn)有的水利開發(fā)技術(shù)只能有價(jià)值的開發(fā)落差大于3米的水力能，這就使水力能的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類社會(huì)的需要;即使已經(jīng)開發(fā)的水力能，也以因?yàn)閿r壩蓄水帶來巨大的環(huán)境和社會(huì)問題，而使水力能開發(fā)有沒有價(jià)值成為科學(xué)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)問題之一。
3、核能作為最具潛力的新能源，但因?yàn)樗杓夹g(shù)之高和廢棄物處理問題要解決，短期內(nèi)成為主導(dǎo)能源的可能性不大。
4、太陽能這里特指可以直接開發(fā)利用的太陽能(這里的“太陽能”不包括簡(jiǎn)接來源于太陽能的化石能、水力能、風(fēng)能、溫差能、生物能等能源)。因?yàn)樘柲芊植济芏鹊汀⒉杉杀靖撸唐趦?nèi)也還看不到可以被廣泛開發(fā)的有效手段。
5、風(fēng)力能因其能量密度低、風(fēng)力不穩(wěn)定的限制，其開發(fā)如果不是政府補(bǔ)貼，負(fù)效益運(yùn)行幾乎是必然的。
6、生物能是生物體靠種子發(fā)育，之后利用太陽能個(gè)體長(zhǎng)大而自發(fā)增大采集太陽能的面積，之后把太陽能蓄積的現(xiàn)在最經(jīng)濟(jì)的利用太陽能方式。(如果人類設(shè)備可以廣泛采用這種方式利用太陽能，人類必將進(jìn)入一個(gè)有充足能源的社會(huì)——可惜，人類還沒有這項(xiàng)技術(shù))。但是，生物能采集太陽能也有很多技術(shù)難題要解決：生物的生長(zhǎng)需要水、溫度、土壤環(huán)境等諸多限制;更重要的是，如何把這些生物體內(nèi)的能量有價(jià)值的轉(zhuǎn)化為可利用能源問題還沒有很好的解決。因此短時(shí)間內(nèi)利用生物能來滿足社會(huì)的需要也是不現(xiàn)實(shí)的。
7、溫差能主要指：地?zé)崮堋⒑Ｑ鬁夭钅堋円箿夭钅艿取Ｒ驗(yàn)檫@些能源的開發(fā)面臨這樣那樣的問題，所以溫差能的開發(fā)還停留在理論和試驗(yàn)階段。短期內(nèi)還不能成為社會(huì)能源來源的主流。
(二)政府為解決能源問題采取的策略
1、發(fā)達(dá)國家，諸如歐美日本，采取憑借經(jīng)濟(jì)師實(shí)力購買別國能源、儲(chǔ)備自己今后可用能源的策略。但這只是對(duì)能源緊缺問題的轉(zhuǎn)嫁，無助于根本解決能源問題;最多只能使發(fā)達(dá)國家在世界出現(xiàn)能源危機(jī)時(shí)茍延殘喘而已。
2、發(fā)展中國家在加緊本國能源開采和透支的步伐，以期能刺激經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而早日達(dá)到發(fā)達(dá)國家的實(shí)力，然后采用發(fā)達(dá)國家的購買別國能源、為自己儲(chǔ)備可用能源的目的。目的是為了在世界出現(xiàn)能源危機(jī)時(shí)，自己也能加入茍延殘喘的國家行列而已。
3、同時(shí)，各國政府因?yàn)檎J(rèn)識(shí)到了能源短缺問題的緊迫性，也采取了些積極的措施：節(jié)能減排、節(jié)能開源就是政府采取的解決能源問題的積極手段。
“節(jié)能減排”的目的是通過技術(shù)手段來減低能源的消耗量，減小化石能源帶來的環(huán)境氣候問題。但現(xiàn)在為止，并沒有有效的技術(shù)來保障這一策略的實(shí)施。
“節(jié)能開源”是比“節(jié)能減排”更為積極的策略。是在“節(jié)能”的同時(shí)，以尋求找到更多的、新的能量來源，來解決社會(huì)對(duì)能源需求量日益加大的問題。但是因?yàn)椤伴_源”所要解決的技術(shù)問題比“節(jié)能”還多而實(shí)施困難。
綜上三條所述，靠當(dāng)今社會(huì)的政府策略來解決能源問題。幾乎也是看不到前景的。
因此，作為新理論指導(dǎo)下的新能源技術(shù)——“無能耗水泵能源開發(fā)技術(shù)”，必將得到社會(huì)的重視。
但水頭流速太小了，落差能轉(zhuǎn)換為可利用的能源因?yàn)榧夹g(shù)原因，轉(zhuǎn)換效率很低(落差3米以下幾乎沒有開發(fā)價(jià)值);既然水頭流速不能小，而又滿足“水頭流速動(dòng)能占水力開發(fā)水頭落差能很小的比例”，只好增加落差能。所以現(xiàn)在的大型水力開發(fā)都要攔壩很高————這就是有壓管路發(fā)電技術(shù)。而無壓的直接利用水流能的(比如水車)技術(shù)因?yàn)槟芰坷寐侍途偷鏊﹂_發(fā)人的視野。
風(fēng)能開發(fā)中，自然風(fēng)力幾乎沒有壓差，單靠風(fēng)的動(dòng)能做功，而氣體的密度很小，所以風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)直徑都很大。如果是有壓風(fēng)能開發(fā)，風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)直徑可以很小就能有很大的功率。并且有壓風(fēng)能開發(fā)就像水力開發(fā)中建造大壩，可以把風(fēng)速頭的動(dòng)能浪費(fèi)做功忽略不計(jì)。
對(duì)于大型水力發(fā)電設(shè)施來說，一般利用的落差都很大(要求40米以上的水落差)，有壓水力發(fā)電技術(shù)經(jīng)過幾代的浸淫已非常成熟，我的技術(shù)暫時(shí)還不能跟他們競(jìng)爭(zhēng)。但微水頭(低于3米落差)水力能的有價(jià)值開發(fā)，幾乎是現(xiàn)代水力開發(fā)技術(shù)的禁區(qū)——投資大而經(jīng)濟(jì)效益低。由于把單純的水流做功變?yōu)橛袎核髯龉档土怂Πl(fā)電電能成本，現(xiàn)在落差3米以下的水利開發(fā)幾乎是得不償失的——因?yàn)橹苯佑酶呗洳铋_發(fā)的電能比開發(fā)小于3米落差的水力能更經(jīng)濟(jì)。這也是小型發(fā)電設(shè)施和微水頭抽水基本未普及的原因。誰能把開發(fā)中小型發(fā)電的投資成本降下來，并使經(jīng)濟(jì)效益比提高到接近大型水力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益比，中小型、小型發(fā)電馬上就會(huì)普及。我的技術(shù)正好解決了這一問題。微水頭抽水更是已經(jīng)在實(shí)用為農(nóng)民澆地了。
(這段文字是計(jì)算式，講的是有壓氣流能跟有壓水力能的開發(fā)對(duì)比，不是技術(shù)專業(yè)的可以不看，但不妨礙你對(duì)我技術(shù)的理解，技術(shù)專業(yè)的看了可以理解的更明白。)實(shí)例計(jì)算：截面1平方米，流速20米/秒的風(fēng)速動(dòng)能1*20*1.3*20*20/2=5200w=5.2kw。也就是說,此時(shí)單靠風(fēng)速動(dòng)能風(fēng)力發(fā)電，全轉(zhuǎn)換為電能才5.2kw，要想達(dá)到400kw的發(fā)電量，風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)直徑差不多就得有9米，很大的。如果是截面1平方米，有0.5個(gè)大氣壓的壓差下的流速20米/秒的風(fēng)速，則壓差做功50000*20=1000000w=1000kw，達(dá)到400kw只需要0.4平方米的截面就可以了，也就是0.7米的風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)直徑就可以了。如果把氣壓差能做到5個(gè)大氣壓，流速仍是20米/秒，則截面直徑0.22米就可以了。如果按有0.5個(gè)大氣壓的壓差下的流速20米/秒的風(fēng)速，按浪費(fèi)10倍的風(fēng)速頭動(dòng)能計(jì)算，5.2kw*10=52kw，52/1000=5%。如果5個(gè)大氣壓差，流速仍是20米/秒，按浪費(fèi)10倍的風(fēng)速頭動(dòng)能計(jì)算，52/10000=0.5%。可以看出，氣壓差能的浪費(fèi)比例很小，利用率很高的。 根據(jù)：V*V=2P/X(V是可能產(chǎn)生的最大風(fēng)速;P是氣壓差;X是氣體的密度);則0.5個(gè)大氣壓差下的空氣可能產(chǎn)生的風(fēng)速V*V=100000/1.3≈76923米*米/秒秒，V=277米/秒。20*20=400米*米/秒秒;76923/400≈192;這就相當(dāng)于總落差192米，而只利用一米落差產(chǎn)生水頭流速來有壓水力發(fā)電的有壓發(fā)電技術(shù)，或相當(dāng)于總落差1920米，而只利用10米落差產(chǎn)生水頭流速來有壓水力發(fā)電。由此可見，利用0.5個(gè)大氣壓差下20米/秒的風(fēng)速攜帶的能量來發(fā)電，就相當(dāng)于修建大壩造成很高落差的來水力開發(fā)的效果。所以，輪船和火力發(fā)電廠仍然保留了利用氣壓差能做功的機(jī)器————蒸汽機(jī)。(以上文字只計(jì)算流體的流速動(dòng)能和流體所攜帶的能量，不考慮能量的轉(zhuǎn)換率。網(wǎng)上有資料稱，揉動(dòng)技術(shù)可以使氣壓差能利用超過80%。不過就是傳統(tǒng)的40%——60%也可以呀。)
把水蘊(yùn)能轉(zhuǎn)換為氣壓差能來開發(fā)，二者結(jié)合后，就相當(dāng)于修建大壩一樣提高了水力開發(fā)的效率，不知是技術(shù)原因還是理論原因(我個(gè)人認(rèn)為，更多的是想不到二者可組合發(fā)電的原因)，在國際水力開發(fā)史上還是空白。也有利用水蘊(yùn)能轉(zhuǎn)換為氣壓差能利用的先例，如人工噴泉等，但設(shè)備大、轉(zhuǎn)換率很低且不能連續(xù)運(yùn)作。我的理論和實(shí)際產(chǎn)品很高效的完成了水蘊(yùn)能轉(zhuǎn)換為氣壓差能，并能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。粗略的試驗(yàn)就可把流速1米/秒的水頭能的30%轉(zhuǎn)換為氣壓差能，精確一些我認(rèn)為會(huì)更高的多(要知道，我的試驗(yàn)用具手工制作，極其不配套，所有數(shù)據(jù)我都取小不取大)。剩下利用氣壓差能發(fā)電或抽水或帶動(dòng)蒸汽機(jī)做功，是任何一個(gè)廠家都可做到的。無能耗水泵的方法可說不論水頭大小(落差5厘米的實(shí)驗(yàn)我做過)，可轉(zhuǎn)換水蘊(yùn)能的10%~40%為氣壓差能;氣壓差能可以進(jìn)一步利用。這樣，很小的投資就完成了對(duì)水蘊(yùn)能的開發(fā)利用。
對(duì)于大型水力發(fā)電設(shè)施來說，一般利用的落差都很大，有壓水力發(fā)電技術(shù)經(jīng)過幾代的浸淫已非常成熟，我的技術(shù)暫時(shí)還不能跟他們競(jìng)爭(zhēng)。但微水頭(低于3米落差)發(fā)電或是抽水幾乎是現(xiàn)代水力開發(fā)技術(shù)的禁區(qū)——投資大而經(jīng)濟(jì)效益低。由于把單純的水流做功變?yōu)橛袎核髯龉档土怂娔艹杀荆F(xiàn)在落差3米以下的水利開發(fā)幾乎是得不償失的——因?yàn)橹苯佑酶呗洳铋_發(fā)的電能比開發(fā)小于3米落差的水力能更經(jīng)濟(jì)。這也是小型發(fā)電設(shè)施和微水頭抽水基本未普及的原因。誰能把開發(fā)中小型發(fā)電的投資成本降下來，并使經(jīng)濟(jì)效益比提高到接近大型水力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益比，中小型、小型發(fā)電馬上就會(huì)普及。我的技術(shù)正好解決了這一問題。微水頭抽水更是已經(jīng)在實(shí)用為農(nóng)民澆地了。
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