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科学家利用镜面制造太阳能发电机

时间:2012-11-14  来源:合肥网hfw.cc  作者:hfw.cc 我要纠错


发电并非罗杰·安吉尔的老本行,他在亚利桑那大学担任天文学和光学教授,是光学界的先驱人物,也是玩弄镜子的好手。他发明过一种制造望远镜的全新方法,制造出的镜面面积庞大、成像精确;而现在,他又将这种聚集星光的技术稍加改进、用来聚集阳光,希望借此提高太阳能的利用率、从而降低成本。发电机
安吉尔的发明,关键在于聚光;而聚光的关键,在于凹镜。

安吉尔在亚利桑那大学有一间“镜子实验室”。在这里,他和同事制造出了一批长宽各为 11 英尺(约3.3米)的巨大镜面,所使用的方法称为“旋转烧制法”。

如何制作表面积巨大的镜面,一直是镜子制造者面临的难题。通过赋予镜子蜂窝状的中空结构,安吉尔解决了这个问题。他将玻璃渣放入巨大的模具,再将模具放进巨大的旋转炉内加热。当炉内温度达到摄氏 1149 度,玻璃熔成液态,并淌入模具。由于空气在轻质蜂窝状结构中循环,玻璃得以在短时间内实现热平衡。而他之所以选用旋转炉,是因为在旋转中,玻璃会自然形成抛物面、从而达到聚集光线的效果。

制造出这样一面巨镜需要一年时间,到现在,实验室已经造出了十几面蜂窝巨镜。利用这些镜子,安吉尔已经在大学里的一个废弃游泳池内,造出了一台太阳能发电机的原型机,这台机器看起来有点像一个巨大的箱形风筝,一个白色钢架托起一面方形巨镜。钢架安在一个转塔上,能够追踪太阳的轨迹。为节约成本,用的是普通的窗玻璃,只是将一面涂以银色、处理成了镜子。镜面内凹,把阳光聚集在光伏电池上。聚集阳光,是为了让太阳能电池在将光能转化为电能时更加高效。据估计,这种设计至少可以反射日光中 90%的能量,最高或可达 98%。在整个设计中,只有追踪太阳方位的转塔是可以动的,装置在运行中发出轻微“沙沙”声,且不产生污染物。

目前为止,这台发电机组原型机还只能发出几千瓦的电能,但安吉尔指出,这些电能已经可以投入实用:“你可以用它来给电动汽车充电。试想一下,开着由太阳能驱动的汽车在市内漫游,那感觉应该相当不赖吧。”

天才人物的奇思妙想

安吉尔的名字或许对大众来说并不熟悉,但对于科研圈子里的人来说,他却代表了大海般宽广的创意,与他合作过的同行,无不对他交口称赞。比如去年诺贝尔物理学奖得主、澳大利亚科学家布莱恩·施密特就说,安吉尔满脑子都是疯狂的念头,称赞他的创意和天才举世少见,施密特虽然贵为诺奖得主,但是他也承认,连他在内的许多科学家,都无法像安吉尔那样富于创意地解决问题。

他这样评说安吉尔:“我们都是负责扫尾的人,我们找一些显而易见的问题,把它们解决掉。但罗杰不一样,他会把你带入全新的轨道、开启全新的想法。”

用镜子实现太阳能发电,只是安吉尔应对全球变暖的计划之一。早在 2006 年,他就提出过镜子的另一重妙用。那一年他在一篇论文中探讨了用玻璃反射日光、在地球上投下阴影的可行性。他将这个计划称为“太阳辐射管理”。他认为,万一地球在将来遭遇重大气候灾害,就可以用这个办法来抵消温室效应。他建议在太空中安放一面巨大的玻璃盾牌,将太阳射向地球的部分光能反射回去,以此抵消温室效应。具体做法是向太空中发射数以十亿计的玻璃遮阳伞。要实现这个计划,还需要全新的发射装置,安吉尔认为传统的火箭肯定无法胜任,他建议用电磁炮将玻璃伞分批射入轨道,然后组装。据他计算,这样一个项目会让整个地球的日照减少 2%左右,足够抵消大气中的二氧化碳翻倍造成的影响。

安吉尔说,无论何时,他脑子里总在想着怎么解决这颗行星的问题。无论是洗澡、爬楼梯、还是驱车,他的脑子总在飞速转动、为复杂的问题寻找实用的解答。“我认为全球变暖是对地球的严重威胁,我想做点什么、帮帮我们的母星。”

一石二鸟的减排计划

为了进一步研发和推广,安吉尔和他的同事们组建了一家名为“REhnu”的公司(读作“renew”,即“循环”)。据估计,他们的发电机组厂家发电成本将比现在上流行的太阳能发电技术便宜五倍。

发电成本必须加以控制,要让用电单位在没有政府补贴的前提下消费得起。眼下最流行的太阳能技术是在屋顶和太阳能电厂使用的光伏电池板,其中规模最大的是美国内华达州的内利斯空军基地,发电规模为15兆瓦。另一种方法是将太阳光聚焦到盛水管道上,形成蒸气、推动涡轮,比如加州莫哈韦沙漠中的电厂,发电规模为 300 兆瓦。这些传统方法的成本大约是每瓦 5 美元,无法和燃烧化石燃料的发电方法竞争。

但安吉尔确信,他的方法可以。他的目标是建造一家 10 亿瓦规模的电厂,这个规模,可说是相当可观的。在一个盛夏天的下午,美国的高峰用电量是 8000 亿瓦,而一家 10 亿瓦电厂每年的发电量,就相当于 20 万户美国家庭的用电量。安吉尔还预计,电厂的发电成本将是每瓦 1 美元,每千瓦时仅需 5 美分。

这项技术一旦推广,不但降低成本,而且有益环境。一家 10 亿瓦规模的 REhnu 电厂,在发电过程中将不产生二氧化碳,也不使用水;而一家同等规模的火电厂,每分钟就要产生五吨二氧化碳,消耗一万加仑水。当然,碳排放在电厂的建设过程中是无法避免的,可是它一旦建成投产,就能在两年时间内将这些排放抵消。而且在接下去的每一年里,电厂会让地球大气免遭 200 万吨二氧化碳的侵袭。安吉尔估计,如果在全球推广 REhnu 技术,那么只需一千家电厂,就能让全球的二氧化碳排放量减少 10%。

此外,相比传统的太阳能发电技术,REhnu 电厂对于环境的其他冲击也比较小。电厂在建设中无需平整土地,发电机将建在高出地面的空中,使得大部分地面不受破坏,也不会被电池板遮挡。

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