法國率先在工業方面使用太陽能
《儆醒!》雜誌駐法國通訊員報導
上個世紀中葉之前,人焚燒木頭以滿足他對燃料和動力的需要。但隨著工業時代的來臨,需要更多能源來發動日益增多的機器。於是煤就大派用場。事實上,在1910年之前。人類所用的動力有四分之三是由煤供應的。
在1859年左右,另一種化石燃料,礦物油(石油)開始為人所用。它在工業用途上遠勝於煤。隨著內燃機的發明,各種機器交通工具如汽車、貨車和飛機等也日益發達。
煤和石油在工業用途方面的增加成為染污地球的決定因素。原因是這些燃料並不是徹底燃燒的。它們放出濃度甚高的氣體——一氧化碳、氧化氮和氧化硫——和固體微粒進入空氣中。
法國也像其他工業國家一樣,染污正在日益增加。在巴黎重修羅浮宮博物館時,發現石造物已受到相當程度的大氣染污侵蝕。有些石塊比原來厚度已少去七公分(2 3/4吋)。今日的侵蝕使石造物一年喪失三毫米(1/10吋以上),比本世紀初期快100倍!
近年核子能的面世已使它成為石油的潛在代用品。可是,核子能在工業用途惹起不少困難。例如,輻射染污的危險可能造成意外。此外對生態系統也潛伏著危險。核子發電站的數目增加,河流和湖泊便有被熱排水染污毀壞之虞。因為,為了冷卻發電裝置,核子發電站要從附近河流、湖泊抽取大量的冷水。然後把熱水排回原來地方。當湖或河水的溫度上升時,氧的含量隨即低降。這樣不但殺害魚類,而且衍生大量海藻,海藻腐爛時又消耗大量氧氣。
這些令人困擾的事實強調有找尋免除染污的能源的必要。太陽本身便完全符合這項條件。太陽能雖是間歇和稀薄的,但卻普遍散布在地球表面,使每一方哩的陸地和海洋每日獲得數百萬度(千瓦特時)的能量。這種天然能源既是取之不竭的,難怪若干國家,包括法國,率先在工業方面使用太陽能。
太陽能的開發
英國化學家蒲利斯特里在1774年十月探訪巴黎時告訴法國化學家拉瓦澤關於一項實驗,他在實驗中利用強力透鏡集中太陽射線氧化汞發熱。拉瓦澤把這項實驗再做一次,並且推斷大氣層的空氣主要由兩種獨特的氣體混合而成,他稱它們為「活性空氣」(氧)和「不活性空氣」(氮)。因此,早在十八世紀可能已有人利用太陽射線產生高溫。
數十年來,C.N.R.S.(法國國立科學研究中心)的研究家追隨拉瓦澤的腳蹤而行。1946年在巴黎郊外的繆爾頓設立第一座太陽爐,並以高溫(攝氏3,000°或華氏5,400°以上)試作種種實驗。
使用這個原始模型簡單太陽爐作研究的結果,終於在1949年在法國庇里牛斯山路易士峰上設立了奧特羅太陽爐。經過長時期的改良和調整後,它在1970年開始啟用。今日法國已有巨型太陽爐設在路易士峰附近的芳羅慕奧特羅威亞的1,600公尺(5,250呎)高峰上。這個美麗的山脈在陽光方面得天獨厚,能使1,000瓩的太陽爐達到攝氏3,800°(華氏6,800°以上)的高溫。
捕捉太陽射線有多種方法可以利用,例如使用玻璃板,它根據溫室原理發揮作用,能夠輕易地發出接近攝氏100°(華氏212°)的高溫——水的沸點。此法主要屬於家庭用途,例如住宅暖氣、熱水和水的蒸餾等。若要獲得更高溫度,便要靠光學裝置把直接來自太陽的光線集中起來。
要使光線集中地方(焦點)的溫度較高,集中力就非較強不可。把同一光源的數萬反射光線集中於一個細小範圍並非易事,因為地球是繞日旋轉的。可是,奧特羅太陽爐已克服了這種困難,它能把20,000以上的映像重疊在一個焦點之上。這項卓越的成就乃是長時期研究的結果。
太陽爐
奧特羅太陽爐基本上可以分成三部份:(1)平面鏡,(2)巨型拋物柱面反射鏡,(3)容納焦點的台。正如附圖所表示,太陽光線射在數十個平面鏡上就折回拋物柱面反射鏡上,然後依次射向對面台上的焦點集中起來。
那63個活動的平面鏡每個由180塊平面玻璃板構成,按水平層次排列成八個階段,每個平面鏡的面積為45平方公尺(484方呎),它們排成交替的行列以免光線射向拋物柱面反射鏡時出現任何陰影。由於地球自轉,太陽在天空中的位置遂不斷改變。可是,各個平面鏡藉著光學和電子追蹤裝置之助,可以追隨太陽永無休止的行程。鏡的各部份是靠水壓支重機來轉動的。
由40公尺(130呎)高和54公尺(177呎)寬的混凝土建築物支持著的巨型固定拋物柱面反射鏡是以9,500塊45公分(約18吋)大小的鏡子構成的。這塊大鏡的每一面均作機械學上的彎曲,經過定準方位和調整,使焦點獲得最大的集中度。正如上述,拋物柱面反射鏡是藉著63塊活動平面鏡接受太陽射線的。
從拋物柱面反射鏡而來的所有光線都集中在焦點上。焦點容納在反射鏡18公尺(59呎)以外的高台裡。焦點的直徑約40公分(16吋左右)。這個橢圓形焦點所集中的能量達1,000瓩。光線的高度集中使它達到攝氏3,800°(華氏6,872°)的高溫。在高溫集中之處設有多種實驗裝置。
太陽爐的優點
太陽爐比之別種熔爐具有若干優點。C.N.R.S.出版物的摘要強調它的基本特徵說:「在基本研究方面,太陽爐成了特別工具,可以用來進行多種實驗,這些實驗是要在極端純粹的情況下,在溫度高至攝氏1,000°和3,800°之間[華氏1,800°至6,800°]進行的。」在許多場合,太陽爐可以把熱線集中在物質之上而就此加工處理,不必先把物質放在高頻率電爐中熔化。
奧特羅太陽爐很易熔化耐熱性的氧化物,因為氧化物只在極高溫度(攝氏2,000°或華氏3,600°)之下才會熔化,它也能熔化有同等耐熱性的特殊合金。
太陽爐的使用十分方便。它們可以迅速和簡易地開動。此外,它們可以免除若干障礙,例如需要在真空處理的暖氣裝置系統所發生的電子衝擊。最後——這點令人無法忽視——奧特羅太陽爐的開動其實是免費的。
太陽能發電站
1976年十一月十九日在研究太陽能方面達到一個里程碑,因為那是法國太陽能發電站首次供電給全國電力網的日子。
簡單地說,實驗中的太陽能發電站用以下方式發電:奧特羅發電系統焦點中有一個汽鍋,盛放著一種稱為「基羅熱」(gilotherm)的高熱液體,這種高熱液體的溫度上升至攝氏335°(華氏635°)。藉著貯熱裝置和三個熱力交換器,高熱液體供應溫度達攝氏270°(華氏518°)的蒸汽。蒸汽依次推動交流發電機的渦輪,因而產生電力。
法國在南部馬賽近郊已作過多種類型的鏡子試驗。在太陽能發電方面早著先鞭之後,法國現正考慮設立百萬瓦特型的發電站,並且以在1980年發展至千萬瓦特為目標。
太陽能的未來用途
法國《世界報》在強調太陽能在工業方面的廣泛用途時指出:「由於散布範圍廣泛和成本低廉,太陽能頗為適用於發展中的國家。……它看來特別適用在孤立地區的抽水系統上。在拉丁美洲和非洲,若干鄉村現時已裝置簡單、可靠的[太陽熱]抽水站來供水,這些裝置大部份是土製的,它們將會逐漸進步到可與大多數人所依靠的柴油機競爭的程度。」
法國已和巴西、伊朗、埃及和阿爾及利亞簽署合作研究太陽能的合約,正如《快訊》雜誌指出:「在這項問題上,南方諸國佔了優勢,因為在北方工業國克服濃霧障礙之前,南方可以率先使用太陽能和改良它的競爭性。」
阿拉伯國家,例如沙地阿拉伯,願意在研究太陽能方面與其他國家合作。法國的科技正好響應沙地阿拉伯的提議,因為根據法國代表蓋利對新能源部門所說,「事實上,法國是目前唯一能提供立刻使用太陽熱力發電廠的國家。」
1978年法國新能源的預算激增。新能源方面的費用增加了一倍。一切努力表明,藉著使用清潔能源如太陽、風力、水力和海潮等,能源難題可以逐步解決。人未必要『敗壞地球』才能滿足他對能源日益增加的需求。——啟示錄11:18。
[第21頁的圖解]
(排版後的式樣,見出版物)
太陽光線
拋物柱面反射鏡
平面鏡
焦點