风能大约是人类最早利用的新能源
在可追溯的历史中,风能大约是人类最早利用的新能源。中国被认为是世界上最早利用风能的国家,公元前数世纪,中国人就利用风力提水、灌溉、磨面、舂米,用风帆推动船舶前进。大约3000多年前,周武王同八百诸侯会盟,率领4.5万名将士,用47艘大船从孟津即现在的河南孟津县抢渡黄河,终于推翻了殷纣王的腐朽统治。这是有关船只征战的较早记载。这些船只的动力除了桨,有一部分来自风帆。利用风帆驱动船只前进的技术,到了汉代就显得比较成熟了。两汉时期,中国的水军堪称世界第一。在著名的赤壁之战中,双方投入的舰船数以千计,其中,楼船的主要动力来自风帆。
郑和宝船是郑和船队中最大的海船,是郑和船队中的主体,也是郑和率领的海上特混舰队的旗舰。据《明史·郑和传》记载,郑和航海船队中最大的宝船排水量过万吨,是当时世界上最大的木帆船。宝船在海上的行动主要依靠风帆借助风力以及水手划水。与当时欧洲帆船采用的分段软帆不同,郑和宝船使用了硬帆结构,帆篷面带有撑条。这种帆虽然较重并且升起来很费力,但却拥有极高的受风效率,能使船速提高。
在欧洲,西班牙大帆船似乎可与中国的郑和宝船相媲美。据说,大帆船最早源自葡萄牙,但大规模建造却是在西班牙。西班牙人利用它们组成了强有力的舰队,著名的西班牙宝物船队就是由这种船只组成的。西班牙大帆船的名声在于它庞大的船体和载重量,更重要的是,它源源不断从新大陆运回黄金,供西班牙王室和贵族挥霍。通常,这种大帆船都携带有重型武器。西班牙大帆船有两到三层甲板,多数装了三桅,但也有四桅的特例。西班牙大帆船算得上是世界航运历史上最具传奇色彩的帆船之一了。作为西班牙16~17世纪海上霸权的缩影,它们常常使人联想到宝藏、海盗、征服者和无敌舰队。在长达一个多世纪的时间里,西班牙大帆船牢牢控制着欧美两块大陆中的海域,堪称传奇。
无论是郑和宝船,还是西班牙大帆船,都不能算是真正意义上的战舰,直到风帆战列舰的出现。风帆战列舰出现于17世纪,为木质船体结构,船上装有风帆,以风力为动力,排水量一般在1000吨左右,舰上装有滑膛炮,能发射实心弹。英荷战争后,它的吨位逐渐增大,顶级战列舰排水量增加至3000~5000吨,火炮数量从几十门增至上百门。我们有理由相信,第一次鸦片战争中,懿律率领的英国舰队就有这种依靠风帆作为主要动力的战列舰。
以风帆驱动船只前进的帆船,现在依旧存在,而且能够进入北极圈。这种独一无二的“包船”北极之旅,其平台通常是木制帆船。其中Rembrandt Van Rij n号帆船,是20世纪初建造的百年古船,虽外表古老,但内部硬件等机械设备经常更新换代,2011年整船再次回到船坞进行升级和保养,船内通信、导航设备都采用最先进的仪器,符合《国际海上人命安全公约》最新标准。船员及随行人士,都是经验丰富的专家和帆船航行领域的翘楚。所谓“古船装新酒”,在北极之行中独树一帜。浙江作家袁敏参加了2016年秋季的北极帆船之旅,她乘坐的是伦勃朗号三桅动力帆船,是一条来自荷兰的“海盗船”,只能乘坐33名北极探险者。在看到向往已久的北极光时,袁敏在微信朋友圈中留下如此感叹:神奇、灵异、深邃、幽远,它向你扑面而来时其实是白色的光束,当你捕捉它、辨识它,试图留住它时,翡翠般的绿光就玄妙地出现了。
“上帝创造了人,荷兰风车创造了陆地”,可以说风车在荷兰像郁金香一样遍地开花。风车在如今已很少用于磨碎谷物,但作为发电的一个手段正在获得新生。风力发电的原理并不复杂,它是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。
风是一种潜力巨大的能源。18世纪初,横扫英法两国的一次狂暴大风,摧毁了400座风力磨坊、800座房屋、100座教堂、400多条帆船,并有数千人受到伤害,25万株大树被连根拔起。当飓风以一种自然灾害的面目出现在人类面前时,它是可怕的,而若人类能够掌握它的规律为己所用,它就是源源不断的宝贵资源。地球上可用来发电的风力资源约有1万亿千瓦,几乎是现在全世界水力发电量的10倍。
事实上,利用风力发电的尝试,早在20世纪初就已经开始了。在20世纪30年代,丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术,成功地研制出了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机,广泛应用于多风的海岛和偏僻的乡村,它获得电力的成本比小型内燃机的发电成本低得多。
1979年上半年,美国在北卡罗来纳州的蓝岭山,建成了一座当时世界上最大的发电用的风车。这座风车有十层楼高,风车钢叶片的直径为60米;叶片安装在一个塔形建筑物上,因此风车可以自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38千米以上时,发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29千米,因此风车不能全部运动。据估计,即使全年只有一半时间在运转,它也能够满足北卡罗来纳州7个县1%~2%的用电需要。
丹麦的风机运到中国东海的大陈岛,是1985年的事。1955年,中国人民解放军首次三军联合作战,从国民党守军那儿夺回一江山岛。一江山岛为大陈岛屏障,失去屏障的大陈岛,完全袒露在攻势之中,被攻下指日可待。于是,由蒋经国指挥的“金刚计划”开始实施。所谓“金刚计划”就是全体大陈人弃岛迁台,后来也被称作“拔根行动”。当时,随蒋经国到大陈岛的还有“国防部长”俞大维、装甲兵司令蒋纬国、国民党保密局局长毛人凤等军政要员。美国第七舰队为这次大撤退出了大力气。据说,当时撤台的大陈岛居民达17132名,留在岛上的仅有一位病中老妇。我去大陈岛时,专门向大陈供电所所长王海强问起这件事情。王是土生土长的大陈人,也是大陈岛的“垦二代”,他的父亲王苏进曾经是大陈岛第一代垦荒人,也是岛上第一批供电人。王海强告诉我,从大陈岛老辈人留下的传说中,的确有一位老妇没有迁台,为了留在大陈岛,她把自己的棺材放到家门口,以死表示自己留在岛上的决心。此事真假无从考证,但据史料记载,截至1955年2月12日,在美国海军庞大的舰队离开大陈岛驶向台湾后,岛上除残垣断壁、沟壕纵横、弃物遍野和数以千计的地雷外,唯一的生命就是那位奄奄一息的老人。她是留在岛上的最后一名大陈原住民。她结局凄凉,但终于守得故土。
浙江平阳南麂岛上的风电场
大陈岛分为上大陈和下大陈,通称大陈岛。现在居民集中住在下大陈,也是大陈镇中心。1956年1月,一支由227名温州青年组成的垦荒队踏上了被称作死岛的大陈岛,其中就有王海强的父亲,温州苍南人王苏进。当时发出上大陈垦荒倡议的是时任团中央书记胡耀邦。如今,大陈岛已是省级海上森林公园,而在大陈供电所后山上耸立的3台风机,虽然已经停止转动,却是大陈岛上也是中国最早一批风力发电设备。这3台风机是1985年年底随胡耀邦登岛而来的,为前欧共体援助的清洁能源项目,产自丹麦,每台单机容量55千瓦。前欧共体同时提供35千伏大陈变电所,利用海底电缆实现与陆地的联网。在下大陈最初的3台风机停止运行后,上大陈规模更大的风电场在起伏的山峦上出现了,这批风机达到34台,每台单机750千瓦,总装机容量2.55万千瓦。从下大陈胡耀邦曾经借宿一晚的青少年宫高处远眺,可以看见上大陈的风机列阵,蔚为壮观。
事实上,中国已经成为全球最大的风力发电大国。截至2017年6月底,中国风电累计并网容量达1.54亿千瓦,同年上半年风力发电量已达1490亿千瓦时,约占全国发电量的5%。风电已经超越核电,成为仅次于火电、水电的名副其实的中国第三大主要能源。自2012年以来,中国新增风电装机容量已连续4年位居世界第一。全球风能协会(GWEC)的研究报告对此评价说:“中国正成为全球风电的新引擎。”而在全球风能协会中国项目主任乔黎明看来,中国风电行业不仅自身发生了巨大蜕变,也深刻改变了世界风电格局,成为全球风电产业的“风向标”。显然,从人类利用清洁能源的角度来看,中国的风电装机就是一个最好的例证。
从全球角度看,风电的未来也令人振奋。全球风能协会曾在北京公布风能报告,从这份报告中透露出来的信息让风能上下游生产企业都看到了无限商机。全球风能协会给出的预测是,最快到2030年前,全球将有20%的整体电力供给来自风能。该协会认为,在接下来的14年内,风能发电容量将会增长5倍之多。如果这个预测能够变成现实,那么,到2030年以后,每年仅风能就可做出减少二氧化碳排放量逾66亿吨的贡献。