当务之急是解决能源问题。这个问题不仅是当前秦帆遇到的头痛问题,也是人类最急迫要解决的终极问题,也是永恒在路上的问题。毫不夸张地说,随着科技的发展,在淀粉和肉都可以人工制造的当今时代,有了能源就意味着有了一切。能源是人类文明的根基,能源获取方式是文明发展层级的体现。
在古代,人类主要依赖于生物质燃料和人力劳动。进入工业革命后,化石燃料成为人类最主要的能源来源。随着现代科技的发展,太阳能、风能等可再生资源及核能产业大力发展,为人类社会提供了更多的能源选择。
总的来说,自从人类学会使用能源以来,能源的开采大体有这样几种途径:
1.化石燃料:长期以来,人们主要依赖煤、石油和天然气等化石燃料来满足能源需求。这些资源通过燃烧产生热能,用于电力生产和交通等领域。然而,这种方式产生了大量温室气体排放,导致气候变化问题。
2.可再生能源:太阳能、风能、水能和生物质能等可再生能源正逐渐成为主要的能源来源。太阳能电池板和风力涡轮机可以转化自然能源为电力,而水电站和生物质能源也在发挥重要作用。这些能源源源不断,几乎不会排放温室气体,因此对环境更友好。
3.核能:核能是一种高效的清洁能源,通过核裂变反应产生巨大的能量。核电站提供大规模电力,几乎不产生二氧化碳排放。然而,早期的核能伴随着核废料管理和核安全问题,在一些国家引发争议。随着核聚变技术成为现实,真正打开了核能的利用空间,但核聚变技术仍不成熟,单位能量的费用极其昂贵,能源效率并不高。
4.湮灭能:这是一种理论上的宇宙级别获取能源的方式。科学家们认为,物质和它的反物质相遇时,会发生完全的物质到能量的转换,产生光子等能量形式,此一过程即为湮灭,又称为互毁、相消、对消灭。设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质,也就是反物质,当正反物质相遇时,双方就会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量。正电子、负质子都是反粒子,它们跟通常所说的电子、质子相比较,电量相等但电性相反。换而言之,正反物质在发生湮灭反应之后,全部质量将会变成能量的方式返回到宇宙中。
当然,在能源还不能任由人类肆无忌惮的挥霍之前,提高能源效率也是另一种获取能源的方式,这包括采用更节能的技术、改进建筑材料和采用智能化系统,以减少能源浪费,从而推动了电动化及储能技术的突飞猛进。
在众多能源中,湮灭能是虚无缥缈不现实的方式,而核能首先被秦帆排除出去,核能的技术可不是通过自学和简单的技术就可以实现。比较现实的无外乎是可再生能源和化石燃料。太阳能、风能、水能和生物质能,在天卫三上压根就不存在,无需过多考虑,唯一可用的就只有化石燃料了。
秦帆和卜小云每隔三天就会驾驶彗星车在月球飞船和小冰湖之间来回跑一趟,每隔七天则跑一趟大冰湖和大峡谷,实地到处看看。站在小冰湖旁,看着熊熊燃烧的烈火,秦帆的脑袋突然有一束电流像闪电一样流过。他忍不住拍了一下太空头盔,大声叫道:“对了,这不就是化石燃料吗?”
眼前,正在燃烧的就是固体甲烷,这是妥妥的化石燃料,在地球上被称为可燃冰,但在地球上可燃冰只能存在于高压低温的海底下,没法像天卫三这样直接暴露在表面上。没日没夜熊熊燃烧的固体甲烷,这都是能源,都是一沓沓的钱啊。怎么能这么白白的浪费掉呢?
“啥化石燃料?”卜小云丈二和尚摸不着头脑地问,“找到获取能源的方式了吗?”
秦帆指着前方的小冰湖,“这些就是化石燃料啊,简直用都用不完。”
“你说的好像很有道理,”卜小云说,“但是怎么才能利用它们呢?我们已经看着它们烧了很久很久了。难道要在这里建一个火力发电厂吗?”
秦帆傻笑道:“我正在想,但是还没有想出来。”
“好吧,想出来了再说吧。”卜小云说,“就没有更好的能源获取方式了吗?”
秦帆说:“有是有,但我们手上啥都没有,想要获取能源可没有那么容易啊。”
两个人只能干瞪眼看着眼前无穷无尽的能源白白燃烧掉。在小冰湖上建一个火力发电厂,这就像宫崎骏的梦幻电影一样梦幻。虽然这一切过于不现实 ,但秦帆马上着手研究火力发电厂的原理。
火力发电厂的工作原理十分简单,这是最早工业革命时代的技术产物,主要可以概括为以下几个步骤:
第一步:燃料燃烧。在火力发电厂中,燃料(如煤炭)被燃烧以产生热量。
第二步:加热和转化。燃料燃烧产生的热量用于加热水,使之转化为高压、高温的蒸汽。
第三步:蒸汽驱动汽轮机。产生的蒸汽推动汽轮机的叶片旋转,将热能转化为机械能。
第四步:汽轮机带动发电机。汽轮机的旋转驱动发电机的转子,从而将机械能转化为电能。
第五步:能量回收和再利用。使用冷凝器和泵将蒸汽冷凝回水,并提高压力,然后再次加热,形成循环,以提高效率。
秦帆做了评估,果真要建设一个火力发电厂的话,至少需要自制一口用于加热水的大锅,以及一台汽轮机和一台发电力。大锅有现成的,只是容量不够大。发电机也有现成的,在月球飞船这些现代装备上怎么都会用到,只要把暂时用不上的发电机拆下来就可以。而汽轮机,以现有的机械装备,凑合着搞出一台应该不是问题。
秦帆进一步研究了汽轮机的工作原理和组成结构。其工作过程是这样的:具有一定压力和温度的蒸汽进入汽轮机,流过喷嘴、静叶片和动叶片组成的蒸汽通道时,蒸汽发生膨胀,获得很高的速度。高速流动的蒸汽冲动汽轮机的动叶片,带动汽轮机转子按一定的速度均匀转动。这种转动最终会转化为机械能,驱动发电机或其他设备工作。
通过它的工作原理可以知道,一台汽轮机可分解为转动部分和静止部分,转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等;静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。