水熱源太陽能煙囪發(fā)電站

新型海洋能源設(shè)備：水熱源人造風(fēng)發(fā)電裝置（原理分析）1：研究背景2：海洋能和風(fēng)能的研究現(xiàn)狀3：水熱源人造風(fēng)裝置使用的能源和能源利用方式4：低品位能源利用模式拓展5：二次能源搭配選擇。6：與核能比較。7：應(yīng)用前景展望。1：研究背景1，全球氣候變暖日益加劇

早在1896年，瑞典科學(xué)家斯萬首次提出了二氧化碳無限制的排放可能會導(dǎo)致全球氣候變暖。自二十世紀(jì)90年代以來，以全球氣候變暖為特征的氣候系統(tǒng)變化日益得到國際社會的廣泛關(guān)注，國際社會普遍認(rèn)為，如果不采取進(jìn)一步的措施，未來氣候變化幅度可能會超過某個(gè)極限，從而造成突然性的和不可逆轉(zhuǎn)的后果。2，造成上述結(jié)果的自然成因

我們的地球由于自身重力作用，在對流層大氣內(nèi)存在一個(gè)海拔越高空氣密度越小，同時(shí)氣溫越低的現(xiàn)象。并且地球?qū)α鲗哟髿赓|(zhì)量占地球大氣層總質(zhì)量的75%，其中大氣層中水蒸氣質(zhì)量的90%存在于對流層大氣中。陽光從外界空間射進(jìn)地球大氣層時(shí)，97%的高能射線和紫外線都被地球磁場、電離層和臭氧層所阻隔，只有少部分紫外線和紫外線波長以下的電磁輻射到達(dá)地表。根據(jù)量子力學(xué)中光電效應(yīng)原理，光子能夠被原子吸收，一定是光子的能量超過了原子的某一能級（電離能級，原子激發(fā)能級，自旋能級其中之一。），否則，光子不會被原子吸收。所以，絕大部分太陽光都被地表和海面吸收，并且地表和海面由于溫度升高也會將熱量回傳給地表空氣，使得地表空氣向高空擴(kuò)散產(chǎn)生對流現(xiàn)象。大氣對流現(xiàn)象中的強(qiáng)對流現(xiàn)象（臺風(fēng)、龍卷風(fēng)、強(qiáng)陣風(fēng)等）就是對人類社會和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害的自然現(xiàn)象。在大氣層中大量增加的二氧化碳、甲烷等溫室氣體的作用下，地表本來應(yīng)該反射到外層空間的這部分紅外線被這些溫室氣體大量吸收，導(dǎo)致地表空氣升溫超過正常幅度，發(fā)生強(qiáng)對流天氣的概率則以指數(shù)級別的幅度在提升。并且強(qiáng)對流天氣的災(zāi)害強(qiáng)度也在上升。正因?yàn)槿绱耍澜绺鲊诎屠铓夂騾f(xié)定上明確規(guī)定了全球平均氣溫在本世紀(jì)內(nèi)的升高幅度低于1.5℃，以防止氣候變化過于迅速給地球生態(tài)系統(tǒng)和人類社會帶來傷害（洪水、干旱、凍土融化導(dǎo)致路基變形、新型瘟疫、強(qiáng)陣風(fēng)、龍卷風(fēng)、強(qiáng)臺風(fēng)、原有的生態(tài)系統(tǒng)大洗牌等等）?，F(xiàn)在世界各國對于全球氣候環(huán)境的變化所采取的應(yīng)對策略只有減排溫室氣體一種手段，而對過去大氣積累的溫室氣體產(chǎn)生的影響卻愛莫能助。甚至這個(gè)世界絕大多數(shù)國家根本沒有能力去應(yīng)對氣候變化，但最近幾年氣候的變化已經(jīng)讓所有人都切實(shí)感受到了它的可怕之處，從臺風(fēng)“山竹”的破壞力再到去年鄭州的暴雨。就目前情況來看，各國遏制溫室效應(yīng)的手段僅僅只有節(jié)能減排，而大氣層中二氧化碳含量的降低完全依靠自然吸納（植物光合作用轉(zhuǎn)化，海水溶解吸收），只要人類社會的工業(yè)發(fā)展不脫離化石能源這個(gè)基礎(chǔ)，那么整個(gè)人類社會總的二氧化碳排放量的下降就是一個(gè)遙遙無期的話題。并且在現(xiàn)在的環(huán)境狀況下，海水吸收二氧化碳已經(jīng)超過了海洋中藻類能夠消耗的數(shù)量，海水酸化已經(jīng)讓很多地方的珊瑚礁溶解，珊瑚白化。而人類為了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展會砍伐大量的樹木，使得植物光合作用吸收的二氧化碳量也在不斷下降。如果人類社會不采取主動措施改變?nèi)驓夂蜃兣内厔?，?qiáng)大的災(zāi)害性天氣將在很長一段時(shí)間內(nèi)（數(shù)百年以上）持續(xù)破壞整個(gè)地球的生態(tài)平衡和社會發(fā)展。海洋能研究現(xiàn)狀

地球上71%的面積都被海洋覆蓋，有人曾做過計(jì)算，全球海水平均降溫1℃，釋放的能量就足夠現(xiàn)階段的整個(gè)人類社會使用二十年時(shí)間。但現(xiàn)有的海洋能設(shè)備除了潮汐發(fā)電和波浪能發(fā)電以外，其他諸如海流能，溫差能，鹽差能等眾多海洋能設(shè)備均因?yàn)楦鞣N各樣的技術(shù)瓶頸制約而難以獲得發(fā)展。海洋能相較于其他能源有以下優(yōu)點(diǎn)：海水蘊(yùn)含的總能量巨大，來源廣泛，清潔無污染，咋一看似乎并沒有什么缺點(diǎn)，然而海水作為能源卻是低品位能源，一種物質(zhì)無論自身蘊(yùn)含多少能量，只有在它自身向更低的能級躍遷的時(shí)候，才會對外界釋放能量，可海水的重力勢能處在所有地球水資源能級的最低端，不會有更低能級的重力勢能可以供海水釋放。而熱帶海水在陽光的照射下會在表層海水和深層海水之間產(chǎn)生20-30℃的溫差，現(xiàn)在的海水溫差能發(fā)電通常就是用沸點(diǎn)或熔點(diǎn)在這個(gè)溫度差之內(nèi)工作的低溫工質(zhì)來發(fā)電，由于僅有25℃左右的溫差驅(qū)動，低溫工質(zhì)（氨水,全氟碳化合物等）無論是冷凝還是蒸發(fā)都不能迅速的產(chǎn)生強(qiáng)大的壓強(qiáng)差驅(qū)動發(fā)電機(jī)葉輪，而直接利用溫差發(fā)電的熱電半導(dǎo)體的熱電轉(zhuǎn)化效率又極其底下，現(xiàn)有的熱電半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)化效率最高17%，但僅存于日本一家實(shí)驗(yàn)室中，一般市售的碲化鉍熱電半導(dǎo)體片轉(zhuǎn)化效率僅有3%-4%，在25℃的溫差下，半導(dǎo)體制冷片所發(fā)出的電量甚至不夠自身控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。所以海洋溫差發(fā)電技術(shù)一直是一個(gè)難以突破的瓶頸，再加上處于海洋上的設(shè)備時(shí)常會受到熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)等襲擊，海水的腐蝕性也較強(qiáng)，所以無論是建設(shè)費(fèi)用還是維護(hù)費(fèi)用，相較于陸地上的類似建筑都更高，但是產(chǎn)出卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上陸地上的大型能源建筑，現(xiàn)在的海洋能技術(shù)完全停滯于初期研究階段。風(fēng)能的利用現(xiàn)狀人類將風(fēng)作為一種能源來使用已經(jīng)有數(shù)千年的歷史，早在公元前644年，古波斯一位名叫阿布.羅拉的奴隸發(fā)明了第一臺風(fēng)車，用來代替牲畜推動石磨。之后經(jīng)過數(shù)千年的發(fā)展，到現(xiàn)在為止，風(fēng)力發(fā)電的主流依然是依靠風(fēng)車帶動變速齒輪傳動機(jī)械能給發(fā)電機(jī)發(fā)電。對風(fēng)的控制依然屬于靠天吃飯的狀態(tài)，所以風(fēng)力發(fā)電的功率極不穩(wěn)定，而且對于過于強(qiáng)大的熱帶風(fēng)暴、臺風(fēng)、龍卷風(fēng)等卻難以消受，甚至反而會給風(fēng)車帶來損壞。遇到過強(qiáng)的風(fēng)不能發(fā)電，遇到過弱的風(fēng)（風(fēng)速小于1-2m/s）也不能發(fā)電，自然狀態(tài)下的各種風(fēng)的風(fēng)向和風(fēng)速都不是穩(wěn)定存在的。這種情況下，風(fēng)車帶動的發(fā)電機(jī)自然不能發(fā)出持續(xù)、穩(wěn)定的電能，需要各種調(diào)峰、調(diào)頻、儲能的設(shè)備配套，既增加建設(shè)成本，又產(chǎn)生額外的能源損耗。被這樣利用的風(fēng)能，作為一種清潔能源，產(chǎn)生的能量絕對不可能取代傳統(tǒng)火力發(fā)電。燃煤發(fā)電雖然會產(chǎn)生大量的二氧化碳，二氧化硫和粉塵，但是以現(xiàn)在的技術(shù)水平絕對不會允許其中的二氧化硫和粉塵直接排放到空氣中的，就連大多數(shù)的二氧化碳也會在碳捕集的技術(shù)作用下被封存，這樣一來，風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢就更難凸顯?？床灰姷膭菽鼙尘?---水熱源人造風(fēng)使用的能源地球在太陽系的軌道上運(yùn)行了至少46億年。大地上的生機(jī)盎然全都依靠太陽在源源不斷的提供巨大的能量，我們世界上的一切物質(zhì)運(yùn)動依靠的能量均是太陽給予，即便是化石能源，也是五億年前的泥炭紀(jì)植物光合作用積累的遺骸。所以，對太陽能的利用僅僅依靠光伏電池那么點(diǎn)轉(zhuǎn)化的能量簡直是在侮辱太陽對地球的賜予?？梢约僭O(shè)一個(gè)不存在的情況，假如沒有太陽的存在，地球上的溫度會下降到宇宙微波背景輻射的溫度，僅有3K，在這個(gè)溫度下，就算是氮?dú)夥肿右矔Y(jié)成為固體。所以我們的地球現(xiàn)在所維持的狀態(tài)本社就是一個(gè)充滿著能量的狀態(tài)，如果我們能在我們賴以生存的地球環(huán)境中汲取周圍環(huán)境的能量，那么我們的大氣和海洋將提供數(shù)千倍于化石能源的能量，足夠解決現(xiàn)有制約人類社會發(fā)展的一切問題！地球大氣層90%的質(zhì)量存在于對流層大氣中，由于受地球重力的作用，大氣層越往高處空氣密度越低，氣溫也越低。在地表，由于地表吸收的陽光以紅外線形式加熱地表空氣。氣溫在上升過程中也同樣引起空氣的密度下降。當(dāng)?shù)乇砜諝饷芏鹊陀诟呖沾髿饷芏葧r(shí)，地表空氣就會向高空運(yùn)動，形成對流。而當(dāng)大氣對流過于劇烈的時(shí)候，產(chǎn)生的氣流就會具有破壞性。但是大氣在對流產(chǎn)生以前，大氣層就已經(jīng)在陽光的作用下蓄積了一定的勢能，只是這時(shí)空氣的勢能還不足以突破自然界的能壘（空氣密度還沒有下降到足夠讓空氣向高空運(yùn)動），這個(gè)勢能在氣象學(xué)中有一個(gè)形象的名字-----“風(fēng)暴胚胎”，而我們現(xiàn)在要做的，就是用新的技術(shù)介入其中，抽走未成形的風(fēng)暴胚胎的能量，將這個(gè)能量用來造福人類社會。

海水熱源人造風(fēng)發(fā)電熱泵赤道附近的熱帶海洋表面溫度常年保持在30℃左右，熱帶海洋表面區(qū)域則是我們需要多加利用的熱帶風(fēng)暴生成區(qū)，熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)生成的勢能在這里蓄積，直到超過一定閾值（在面積超過數(shù)十萬平方公里直徑超過1000km的洋面上，海洋表層深度60m左右的海水溫度超過26.5℃，達(dá)到這幾個(gè)條件就可以產(chǎn)生熱帶風(fēng)暴，熱帶風(fēng)暴再在海洋表面運(yùn)行過程中不斷增強(qiáng)變成臺風(fēng)。）產(chǎn)生臺風(fēng)，而在臺風(fēng)還未生成以前，這個(gè)能量就已經(jīng)在蓄積過程中了。海水熱源人造風(fēng)發(fā)電熱泵在這里就是利用人造風(fēng)溫室產(chǎn)生的人工對流發(fā)電，同時(shí)帶動熱泵對外汲熱，將熱帶海洋表面生產(chǎn)臺風(fēng)的勢能抽走，轉(zhuǎn)化為電能，并將電能電解凈化海水，以氫能形式儲存能量，運(yùn)送到大陸供給整個(gè)社會。這個(gè)裝置的好處在于，全過程極少產(chǎn)生污染物，在儲存氫能的同時(shí)還可以生產(chǎn)高純度的氧氣，在電解大量海水的過程中還可以同時(shí)富集和提取海水中的礦物質(zhì)資源并將海水中溶解的二氧化碳匯集生產(chǎn)純堿，同時(shí)生產(chǎn)大量的鹵素和重水。在水熱源人造風(fēng)熱泵運(yùn)行的整個(gè)過程中，消耗的能源完全來源于熱帶風(fēng)暴生成區(qū)的熱帶風(fēng)暴生成勢能。全過程沒有化石能源介入其中，在得到能量的過程中還能遏制臺風(fēng)的生成和發(fā)展。最后在能量儲運(yùn)方面則以氫能作為二次能源儲存運(yùn)輸。在得到能源的過程中起到遏制全球氣候變暖帶來不利影響的作用。氫能在內(nèi)陸大量使用過程中，產(chǎn)生清潔無污染的純凈水，可用于生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水等。海水在電解前在脫氣過程中可以獲得純度較高的溶解在海水中的二氧化碳，同時(shí)在大量電解海水的過程中還會產(chǎn)生副產(chǎn)物，鹵素，純堿，重水，氧氣，燒堿，這些工業(yè)原料。利用熱帶風(fēng)暴的生成勢能發(fā)電，不僅僅可以遏制全球氣候變暖帶來的不利影響，還能夠?qū)⒐I(yè)的發(fā)展完全脫離石油、煤炭、天然氣這三個(gè)化石能源，通過與核能共同作用，將人類利用能量的形式推向一個(gè)新的紀(jì)元。水熱源人造風(fēng)對熱帶風(fēng)暴生成勢能的利用方式流程圖海上制氫站整體效果圖全球海洋中的熱帶風(fēng)暴生成區(qū)域分布圖中國周邊海域熱帶風(fēng)暴生成勢能示意圖臺風(fēng)勢能區(qū)域臺風(fēng)勢能區(qū)域熱帶風(fēng)暴生成勢能作為能源的利用模式水和空氣，作為地球上最廣泛存在的兩種流動介質(zhì)，同樣也是地球上吸收和儲存太陽的能量最多的物質(zhì)，在整個(gè)地球上隨處可見，如果將它們作為能源利用，這個(gè)世界將不再會有任何能夠壟斷能源的經(jīng)濟(jì)體系出現(xiàn)。要將它們作為能源利用，則需要了解，在陽光和重力的作用下，水和空氣各存在怎樣的運(yùn)動規(guī)律，以及它們之間的能量交互規(guī)律。水利設(shè)施和風(fēng)力發(fā)電，在世界上已經(jīng)存在了很長時(shí)間。對水的利用最大的就是其重力勢能。而對海水來說，不存在更低重力勢能的地方讓海水釋放它的重力勢能，所以只能采用它的鹽差能，海流能，波浪能等。但此設(shè)計(jì)最大的革新，是將海水和空氣結(jié)合作用，用熱泵抽走海水的內(nèi)能，轉(zhuǎn)化為熱量加熱空氣，模擬海水被太陽暴曬產(chǎn)生熱帶風(fēng)暴的原理，產(chǎn)生一個(gè)人工制造的小范圍但能級高于自然生成的熱帶風(fēng)暴勢能的勢能，讓這個(gè)人工制造的熱帶風(fēng)暴去突破自然界的熱帶風(fēng)暴能量壁壘，引動自然生成的熱帶風(fēng)暴勢能進(jìn)入溫室，使我們的風(fēng)機(jī)吸收熱帶風(fēng)暴生成勢能發(fā)電。同時(shí)，熱泵也在吸收熱帶海水的內(nèi)能，并將熱排入溫室內(nèi)部，同樣，這也是利用海水溫差能的一種新的方式。一定區(qū)域內(nèi)若擁有足夠數(shù)量的水熱源人造風(fēng)熱泵，在將海水和空氣的勢能全都消耗