历史上风能的利用 风能应用的历史已有数千年了,过去主要利用风能航海、风车汲水及灌溉农田等。荷兰所用的风车是世界上最大的风车,风车也是荷兰这一国家的生动象征。1895年丹麦建立了第一座风电系统,到1910年该国已有了几百个小型风力发电站(5~25千瓦)。1931年原苏联建立了100千瓦的风力发电站,此后在各国开发的风力电站规模更大。
风能利用现状 近年来风能资源的利用重新抬头,方兴未艾。全世界大约有50万部风力机运转,发电总功率近100万千瓦。各国也都投入巨大的人力和物力研究风力发电问题,例如1980年美国耗资9亿美元制订了一项开发风能的8年计划,将利用风力发电的电量提高至占美国全部用电量的20%,在加利福尼亚州目前已拥有2000个以上总发电能力14.2万千瓦的风力发电站,至2000年能占该州总发电量的8%。此外,丹麦、瑞典、英国、德国等国家也十分重视对风能的利用投资。
我国风能的利用 我国是利用风能最早的国家之一,早在二千多年以前,古代劳动人民就利用风能碾磨粮食、驱动帆船和提水灌溉等。20世纪50年代以来,历经多年的科学研究,我国目前在风能利用技术方面有很大进展,已研制出风力发电机50多种,约7万多台。我国科研人员还研制出低风速小型风力发电机,在风速为3~4米/秒甚至更低的风速下也能发电,这一科研成果无疑使风能资源的利用前景更为广阔。风能资源的利用在我国已粗具规模:一是目前有8000余架传统风车,主要用于提水灌溉和晒盐;二是用于发电的风力机由1976~1986年的13台增加到目前7万余台。内蒙古锡林郭勒盟1983年底就已安装微型风力发电机540多台,目前发展到700余台。西藏那曲地区也已引进和安装了几十台小型风力发电机。此外,在浙江嵊泗(图40)、笠山,北京八达岭等地建成了三个风力发电试验站,先后安装10千瓦以下机组9台。现在,我国主要以50、100、1000、2000瓦的微型和小型风力发电机为主,正在全国推广。再加上太阳能、沼气等新能源的应用和推广,为我国农村能源开辟了美好前景。据农业部透露:我国已有478万农(牧)户、1800多万农村人口用上了风能和沼气新能源。在今后10~15年内,风力发电将在我国东南沿海、“三北”地区及青藏高原等地基本普及,并将开发风力田,以获得更多能源。
图40 舟山群岛中嵊泗岛上的风力发电站
在古代人们开始利用风力的时间只次于牲畜力,也是很早的,或利用风力表明风向,或利用风力行船,或利用风轮提水灌溉,或利用风轮吸海水制盐.我国立帆式的风轮更具有民族特点.立帆式风轮是在庇轮的外缘竖装六张或八张船帆.中国船帆的特点之一是非常灵活,立帆式风轮就充分发挥了这一特点.每一张帆转到顺风一侧能自动和风向垂直,这样就能获得最大风力.转到逆风一侧的时候,又能自动地和风向平行,使所受阻力最小.并且不管风向怎样改变,风轮总是向一个方向旋转.这是我国劳动人民的独特创造.它像船帆一样,风大可以放落一部分,减少所受风力,以免速度太大以致全轮受损.
水力的利用
关于水力的利用,我国古代劳动人民也有许多成效卓著的发明创造.
首先是浮力的利用,除了利用水的浮力作船舶运输以外,还利用水的浮力和利用一定水位具有一定水压力能控制流量的道理,创造计时仪器“铜壶滴漏”.古代人用船称象,用水浮球,用大船打捞铁牛等都是利用水的上浮力的著名历史事迹.
我国古代利用水力鼓风冶铁也是科学技术史上光辉的篇章,比西方大约早十一个世纪(参看本书第561页).
至于用水力舂米、磨面,那更是非常广泛的了.用水力扬水有水转翻车等.前面农业机械一文已经介绍.用水力纺纱,在元代有“水转大纺车”,至少也有六百四十多年的历史.这在当时国际上也是卓越的先进技术.
总的来看,最晚在西汉末年,我国已经开始利用水力做原动力,已经有两千多年的历史了.