风力电机,这个东西现在可以说是越来越多。
过去乘坐火车去旅游,偶然在窗外看到风机,都要凝望欣赏一番,而现在一个小时的车程就不知道要看到多少风机,早已见惯不怪了。当然,风力电机增多是一件好事,这说明人类利用清洁能源的比例越来越高,文明发展与环境保护之间正在逐渐走向平衡。由此我又想到一个问题,既然风机在地球上如此好用,如果把它搬到其它星球上是不是也行呢?未来人类很有可能会成为一个星际物种,能够在科技的加持下穿梭于不同星球之间。而人类的第一个旅居地很可能就是火星。
火星是地球的邻居,距离足够近,而且相比于周边其它的星球,火星还算是相对“宜居”了。
不过,人类要想在火星上居住,还是必须建造火星基地,而要让火星基地平稳运行,电能是必不可少的。在火星上发电,哪种技术最优?当然是可控核聚变了,不过这个未来能源何时能够变为现实,现在还不太好说,所以我们暂且将其排除在外。还有哪些发电方式可用?太阳能是一个。
迄今为止,人类已经先后向火星派出了几辆火星车,这些火星车在火星上执行探测任务,无一例外使用的全部都是太阳能供电。
但这只能应用于火星车,却不太适合应用于火星基地之上。因为一个一人基地的用电量就可以达到火星车的1000倍以上,如果使用太阳能发电,那得铺设大面积的太阳能板,而火星上的气候条件又不是太好,风沙很大,大面积太阳能板的维护是个很大的问题。既然风沙大,那在地球上广泛应用的风力发电会不会是火星的一个理想选择呢?
火星虽然与地球很近,又有一定相似,但毕竟差别还是挺大的,风力电机能不能在火星上用,还是得经过科学的对比分析才行。
一台风力电机的理论功率与四个因素密切相关,即风力电机的功率系数、大气密度、风速和风力电机的叶片长度。风力电机的功率系数就是指风力电机将风能转化为电能的效率,该数值并不因环境的改变而变化,所以无论是在地球上,还是在火星上,都是一样的。第二个因素是大气密度,这一点地球和火星的差距就比较大了,因为火星的大气密度只有地球的1/60左右。
这意味着在火星上建造60台风机,才能产生地球上一台风机的效果?
的确如此,不过别急,因为还有其他条件,比如风速。在科幻电影中,我们看到的火星永远都是风沙漫天,这使我们误以为火星上的风速很快,而实际上火星上的风速与地球差不多,快也只是快一点。不过风力电机的功率与风速的立方成正比,所以风速快一点就能产生不小的优势,但仍然不足以弥补大气密度过低带来的劣势。
既然如此,要想让风机在火星上达到如地球上一般的效果,就只剩下最后一个因素了,那就是风机的叶片长度。
在地球上,我们没有办法把风机的叶片做得太长,因为过长的叶片会因重力作用而变形,这对于叶片的结构强度是一个挑战。但在一蹦老高的火星上就不同了,火星的重力只有地球的0.4倍,所以把叶片长度提升2-3倍,完全没有问题。此外,地球上的风机多是用玻璃纤维制造的,如果把玻璃纤维换成更轻的碳纤维,叶片长度甚至可以做到地球的5-8倍,这样算下来,差不多就能达到等同于地球上的风机功率了。由此可见,风力发电完全可以成为未来火星基地的一个供电方案。
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