法国率先在工业方面使用太阳能
《儆醒!》杂志驻法国通讯员报道
上个世纪中叶之前,人焚烧木头以满足他对燃料和动力的需要。但随着工业时代的来临,需要更多能源来发动日益增多的机器。于是煤就大派用场。事实上,在1910年之前。人类所用的动力有四分之三是由煤供应的。
在1859年左右,另一种化石燃料,矿物油(石油)开始为人所用。它在工业用途上远胜于煤。随着内燃机的发明,各种机器交通工具如汽车、货车和飞机等也日益发达。
煤和石油在工业用途方面的增加成为染污地球的决定因素。原因是这些燃料并不是彻底燃烧的。它们放出浓度甚高的气体——一氧化碳、氧化氮和氧化硫——和固体微粒进入空气中。
法国也像其他工业国家一样,染污正在日益增加。在巴黎重修罗浮宫博物馆时,发现石造物已受到相当程度的大气染污侵蚀。有些石块比原来厚度已少去七公分(2 3/4寸)。今日的侵蚀使石造物一年丧失三毫米(1/10寸以上),比本世纪初期快100倍!
近年核子能的面世已使它成为石油的潜在代用品。可是,核子能在工业用途惹起不少困难。例如,辐射染污的危险可能造成意外。此外对生态系统也潜伏着危险。核子发电站的数目增加,河流和湖泊便有被热排水染污毁坏之虞。因为,为了冷却发电装置,核子发电站要从附近河流、湖泊抽取大量的冷水。然后把热水排回原来地方。当湖或河水的温度上升时,氧的含量随即低降。这样不但杀害鱼类,而且衍生大量海藻,海藻腐烂时又消耗大量氧气。
这些令人困扰的事实强调有找寻免除染污的能源的必要。太阳本身便完全符合这项条件。太阳能虽是间歇和稀薄的,但却普遍散布在地球表面,使每一方哩的陆地和海洋每日获得数百万度(千瓦特时)的能量。这种天然能源既是取之不竭的,难怪若干国家,包括法国,率先在工业方面使用太阳能。
太阳能的开发
英国化学家蒲利斯特里在1774年十月探访巴黎时告诉法国化学家拉瓦泽关于一项实验,他在实验中利用强力透镜集中太阳射线氧化汞发热。拉瓦泽把这项实验再做一次,并且推断大气层的空气主要由两种独特的气体混合而成,他称它们为“活性空气”(氧)和“不活性空气”(氮)。因此,早在十八世纪可能已有人利用太阳射线产生高温。
数十年来,C.N.R.S.(法国国立科学研究中心)的研究家追随拉瓦泽的脚踪而行。1946年在巴黎郊外的缪尔顿设立第一座太阳炉,并以高温(摄氏3,000°或华氏5,400°以上)试作种种实验。
使用这个原始模型简单太阳炉作研究的结果,终于在1949年在法国庇里牛斯山路易士峰上设立了奥特罗太阳炉。经过长时期的改良和调整后,它在1970年开始启用。今日法国已有巨型太阳炉设在路易士峰附近的芳罗慕奥特罗威亚的1,600公尺(5,250尺)高峰上。这个美丽的山脉在阳光方面得天独厚,能使1,000瓩的太阳炉达到摄氏3,800°(华氏6,800°以上)的高温。
捕捉太阳射线有多种方法可以利用,例如使用玻璃板,它根据温室原理发挥作用,能够轻易地发出接近摄氏100°(华氏212°)的高温——水的沸点。此法主要属于家庭用途,例如住宅暖气、热水和水的蒸馏等。若要获得更高温度,便要靠光学装置把直接来自太阳的光线集中起来。
要使光线集中地方(焦点)的温度较高,集中力就非较强不可。把同一光源的数万反射光线集中于一个细小范围并非易事,因为地球是绕日旋转的。可是,奥特罗太阳炉已克服了这种困难,它能把20,000以上的映像重叠在一个焦点之上。这项卓越的成就乃是长时期研究的结果。
太阳炉
奥特罗太阳炉基本上可以分成三部分:(1)平面镜,(2)巨型抛物柱面反射镜,(3)容纳焦点的台。正如附图所表示,太阳光线射在数十个平面镜上就折回抛物柱面反射镜上,然后依次射向对面台上的焦点集中起来。
那63个活动的平面镜每个由180块平面玻璃板构成,按水平层次排列成八个阶段,每个平面镜的面积为45平方公尺(484方尺),它们排成交替的行列以免光线射向抛物柱面反射镜时出现任何阴影。由于地球自转,太阳在天空中的位置遂不断改变。可是,各个平面镜借着光学和电子追踪装置之助,可以追随太阳永无休止的行程。镜的各部分是靠水压支重机来转动的。
由40公尺(130尺)高和54公尺(177尺)宽的混凝土建筑物支持着的巨型固定抛物柱面反射镜是以9,500块45公分(约18寸)大小的镜子构成的。这块大镜的每一面均作机械学上的弯曲,经过定准方位和调整,使焦点获得最大的集中度。正如上述,抛物柱面反射镜是借着63块活动平面镜接受太阳射线的。
从抛物柱面反射镜而来的所有光线都集中在焦点上。焦点容纳在反射镜18公尺(59尺)以外的高台里。焦点的直径约40公分(16寸左右)。这个椭圆形焦点所集中的能量达1,000瓩。光线的高度集中使它达到摄氏3,800°(华氏6,872°)的高温。在高温集中之处设有多种实验装置。
太阳炉的优点
太阳炉比之别种熔炉具有若干优点。C.N.R.S.出版物的摘要强调它的基本特征说:“在基本研究方面,太阳炉成了特别工具,可以用来进行多种实验,这些实验是要在极端纯粹的情况下,在温度高至摄氏1,000°和3,800°之间[华氏1,800°至6,800°]进行的。”在许多场合,太阳炉可以把热线集中在物质之上而就此加工处理,不必先把物质放在高频率电炉中熔化。
奥特罗太阳炉很易熔化耐热性的氧化物,因为氧化物只在极高温度(摄氏2,000°或华氏3,600°)之下才会熔化,它也能熔化有同等耐热性的特殊合金。
太阳炉的使用十分方便。它们可以迅速和简易地开动。此外,它们可以免除若干障碍,例如需要在真空处理的暖气装置系统所发生的电子冲击。最后——这点令人无法忽视——奥特罗太阳炉的开动其实是免费的。
太阳能发电站
1976年十一月十九日在研究太阳能方面达到一个里程碑,因为那是法国太阳能发电站首次供电给全国电力网的日子。
简单地说,实验中的太阳能发电站用以下方式发电:奥特罗发电系统焦点中有一个汽锅,盛放着一种称为“基罗热”(gilotherm)的高热液体,这种高热液体的温度上升至摄氏335°(华氏635°)。借着贮热装置和三个热力交换器,高热液体供应温度达摄氏270°(华氏518°)的蒸汽。蒸汽依次推动交流发电机的涡轮,因而产生电力。
法国在南部马赛近郊已作过多种类型的镜子试验。在太阳能发电方面早着先鞭之后,法国现正考虑设立百万瓦特型的发电站,并且以在1980年发展至千万瓦特为目标。
太阳能的未来用途
法国《世界报》在强调太阳能在工业方面的广泛用途时指出:“由于散布范围广泛和成本低廉,太阳能颇为适用于发展中的国家。……它看来特别适用在孤立地区的抽水系统上。在拉丁美洲和非洲,若干乡村现时已装置简单、可靠的[太阳热]抽水站来供水,这些装置大部分是土制的,它们将会逐渐进步到可与大多数人所依靠的柴油机竞争的程度。”
法国已和巴西、伊朗、埃及和阿尔及利亚签署合作研究太阳能的合约,正如《快讯》杂志指出:“在这项问题上,南方诸国占了优势,因为在北方工业国克服浓雾障碍之前,南方可以率先使用太阳能和改良它的竞争性。”
阿拉伯国家,例如沙地阿拉伯,愿意在研究太阳能方面与其他国家合作。法国的科技正好响应沙地阿拉伯的提议,因为根据法国代表盖利对新能源部门所说,“事实上,法国是目前唯一能提供立刻使用太阳热力发电厂的国家。”
1978年法国新能源的预算激增。新能源方面的费用增加了一倍。一切努力表明,借着使用清洁能源如太阳、风力、水力和海潮等,能源难题可以逐步解决。人未必要‘败坏地球’才能满足他对能源日益增加的需求。——启示录11:18。
[第21页的图解]
(排版后的式样,见出版物)
太阳光线
抛物柱面反射镜
平面镜
焦点