本文記述了變溫吸附制氧技術(shù)及使用(木材、煤炭)純氧氣化發(fā)電技術(shù)的電動汽車，及能源草產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的大水肥來源困境及解決方案;詳述依據(jù)高效流體減阻技術(shù)設(shè)計(jì)出高速太陽能飛艇解決生產(chǎn)運(yùn)輸瓶頸、高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)及河道大規(guī)模乃至跨洋調(diào)配各大江河入海淡水、并進(jìn)一步建立海底城市及發(fā)展海洋牧場種植海藻等解決碳封存及糧食危機(jī)、磷危機(jī)的設(shè)想。

車載發(fā)電系統(tǒng)最令人關(guān)心的是能否潔凈燃燒，以純氧富氧燃燒技術(shù)解決尾氣污染并無異議，而關(guān)注焦點(diǎn)集中的變溫吸附制氧技術(shù)并未公開技術(shù)細(xì)節(jié);鑒于以車載發(fā)電機(jī)取代動力電池的思路回避了發(fā)動機(jī)必須燃燒穩(wěn)定平穩(wěn)輸出動力(直接驅(qū)動)的嚴(yán)格要求，因此可用作車載發(fā)電機(jī)的不只是斯特林機(jī)這一種，如果說斯特林機(jī)價(jià)格較貴、仍有一定缺陷的話，那么除了車載斯特林發(fā)電機(jī)組外還有沒有及有哪些其他的車載發(fā)電機(jī)組或新的電動汽車車型?

至于大規(guī)模發(fā)展能源草產(chǎn)業(yè)，其實(shí)農(nóng)林專家都知道滿足水肥優(yōu)越條件下能源草畝產(chǎn)七、八噸干物質(zhì)并不成問題，現(xiàn)在中國的中南林業(yè)大學(xué)碳循環(huán)研究所雷所長正在大規(guī)模推廣的能源草(綠心系列)畝產(chǎn)實(shí)際收購超二十噸干物質(zhì)，當(dāng)然都是在大水肥及良好氣候條件下實(shí)現(xiàn)的，在全球糧食產(chǎn)量二十五億噸尚且面臨水資源短缺、肥料短缺的情形下，(以中國為例環(huán)渤海省市淡水缺口至少200億方，傾舉國之力花費(fèi)二千多億的南水北調(diào)工程僅調(diào)水一百多億方，而且水價(jià)很高)，大規(guī)模種植能源草所需天量的淡水資源、化肥從何而來?例如中國的三北防護(hù)林工程，因?yàn)槿彼鷳B(tài)效果大打折扣，甚至有人認(rèn)為是失敗的，更不用說農(nóng)業(yè)用水短缺甚至生活用水都緊張;中國自啟動三北防護(hù)林工程以來，為解決北方缺水而探索的方案數(shù)不勝數(shù)，其中引起轟動的諸如牟其中的炸開喜馬拉雅山工程設(shè)想(耕云播雨工程)、郭開的朔天大運(yùn)河工程、海水西調(diào)引渤入疆工程、南水北調(diào)西線諸多方案設(shè)想等種種不一而足，目的就是解決中國北方的水資源短缺瓶頸，但都沒有看到切實(shí)的前景，不講清楚水從何而來發(fā)展能源草根本就沒有說服力;此外還有一個(gè)被人們忽略的是磷礦資源日益枯竭，磷元素危機(jī)在能源危機(jī)、溫室氣體效應(yīng)的吶喊聲中雖暫時(shí)被掩蓋，在磷循環(huán)缺失背景下實(shí)際上數(shù)十年內(nèi)面臨枯竭的磷危機(jī)來勢更兇猛，直接涉及糧食產(chǎn)量遽減，在糧食生產(chǎn)所需磷肥尚且面臨危機(jī)的情形下，如何保證數(shù)十年后發(fā)展能源草及保證糧食產(chǎn)量所需的大量磷肥?

當(dāng)然解決這些問題需要涉及新的技術(shù)的推廣，上面提到的那一個(gè)個(gè)驚世駭俗的解決中國北方水資源瓶頸的設(shè)想其構(gòu)思之巧妙、氣勢之宏大是毋容置疑的，但付諸實(shí)施面臨種種瓶頸我看有一個(gè)共同原因：都是基于現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和考慮;人類歷史發(fā)展的漫漫長河中，近兩百多年才迅猛發(fā)展，這都是三次工業(yè)革命帶來的結(jié)果，每一次引起、推動工業(yè)革命的發(fā)明都不能說是當(dāng)時(shí)最高深、最復(fù)雜、最先進(jìn)的，卻是最正確、最合適并解決迫切需要的實(shí)際問題的技術(shù)。對于大多數(shù)不了解、甚至未曾聽說過高效流體減阻技術(shù)的人來說上述任何一個(gè)問題都是難以想象、不可能解決的，尤其能源草產(chǎn)業(yè)與三北防護(hù)林工程高度重合，很多地方甚至基本上是一回事;不拿出令人信服的具體解決方案，發(fā)展能源草產(chǎn)業(yè)只會被認(rèn)為是有前景卻不切實(shí)際的設(shè)想。

依賴新型變溫吸附制氧技術(shù)的自發(fā)電的電動汽車(車載斯特林機(jī)發(fā)電系統(tǒng))，利用尾氣余熱制造高純度氧氣，從而解決生物質(zhì)燃料燃燒污染問題，并提供斯特林機(jī)能效，因此變溫吸附制氧技術(shù)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心之一，但當(dāng)時(shí)并未透露任何具體的技術(shù)細(xì)節(jié)是因?yàn)檫@一技術(shù)仍在研發(fā)中，當(dāng)時(shí)尚未申請專利保護(hù)。現(xiàn)將主要技術(shù)細(xì)節(jié)公開如下：

一、可以車用的變溫吸附制氧技術(shù)

化工專業(yè)人員都知道由于吸附劑比熱容大、變溫吸附速度慢、熱能耗高等原因而極少采用，我們采用新型變溫變壓制氧設(shè)備制供氧氣，其原理是利用占總能量60%到70%而白白排放的尾氣、冷卻液熱量變溫吸附制氧，吸附劑可分別采用碳分子篩(CMS)：從空氣中連續(xù)提取氮?dú)猓訜釙r(shí)解吸;改性稀土X型沸石：在≤100℃以下吸附氧氣，并在≥300℃釋放氧氣;及鈣鈦礦陶瓷氧化物混合體：在300～600℃以下開始吸附氧氣，并在400～600℃以上開始釋放氧氣;等等，選擇吸附劑進(jìn)行變溫組合設(shè)計(jì)，并針對吸附劑比熱容大、變溫速度慢、材料強(qiáng)度低等缺陷采用大量相應(yīng)設(shè)計(jì),(例如電子制冷片輔助變溫);熱能不夠可增加燃料燃燒量,這樣制高純氧氣不再需要額外的電能。

針對吸附劑比熱容大變溫時(shí)間長、急速反復(fù)變溫易于破碎等缺陷進(jìn)行大量的相應(yīng)設(shè)計(jì)，包括吸附劑內(nèi)設(shè)置骨架增強(qiáng)應(yīng)力抵抗、設(shè)置導(dǎo)熱油或熔鹽等二次加熱(冷卻)體系加速變溫、電子制冷片輔助迅速降溫、溫差變化較大處兼做發(fā)電片等。工作溫度最高的吸附劑一裝入容器一，容器一完全被容器二包裹;工作溫度低于吸附劑一的吸附劑二裝入容器二中，容器二完全被容器三包裹;工作溫度比吸附劑二低的吸附劑三裝入容器三中;以此類推。各容器均為隔熱保溫容器，控制其內(nèi)部壓力同時(shí)變化，滿足執(zhí)行變壓吸附操作仍盡可能減少容器重量，如下圖所示意：

熱量先加熱或傳給吸附劑一：鈣鈦礦陶瓷氧化物混合體：在300～600℃以下開始吸附氧氣，并在400～600℃以上開始釋放氧氣;控制第一級冷卻流體溫度300度左右。

第一級冷卻流體熱量再傳給吸附劑二：改性稀土X型沸石：在≤100℃以下吸附氧氣，并在≥300℃釋放氧氣;第二級冷卻流體溫度控制在100℃。

第二級冷卻流體熱量再傳給吸附劑三：碳分子篩(CMS)：從空氣中連續(xù)提取氮?dú)猓訜釙r(shí)解吸;空氣為冷卻流體，并在散熱片上布置溫差發(fā)電片回收電能;

如此尾氣熱能得到梯級循環(huán)利用，氧氣產(chǎn)量倍增。

組合設(shè)計(jì)保證交替、連續(xù)吸附，供大流量高濃度氧氣。增設(shè)加壓泵，各容器均耐壓利用燃料燃燒生產(chǎn)的高溫氣作為導(dǎo)熱油系統(tǒng)的熱源，變溫吸附梯級利用后，最后用鍋爐里的水做改性X沸石吸附劑的冷卻流體，同時(shí)加熱產(chǎn)生水蒸氣或熱水。在傳遞過程熱能中并未損失，鍋爐熱效率基本不變，但可額外獲得高純氧氣而改為純氧富氧燃燒鍋爐。碳分子篩則使用低溫廢氣加熱，空氣冷卻，并設(shè)溫差發(fā)電片回收電能，調(diào)節(jié)氣體吸附壓力而為變溫變壓吸附工況，進(jìn)一步增大氧氣產(chǎn)量。

利用煤炭或生物質(zhì)燃料燃燒或氣化熱量變溫吸附制氧，熱能在梯級利用后傳遞給蒸汽鍋爐里的水，電站改為純氧燃燒發(fā)電或純氧氣化發(fā)電，但取消超臨界發(fā)電工藝。這樣做不僅減少污染，且利于收集、生產(chǎn)二氧化碳，即所謂的碳收集;而鍋爐系統(tǒng)、船舶上的汽輪機(jī)系統(tǒng)也可直接使用這一技術(shù)，也不排除高鐵等動力設(shè)備直接使用此技術(shù)。

本人對現(xiàn)有碳收集政策的效果不持樂觀態(tài)度，現(xiàn)有碳收集技術(shù)成本太高，如果二氧化碳市場銷售價(jià)低于收集成本(每噸400元)，恐怕碳收集推廣困難重重。而且為什么一定要將二氧化碳封入地下或海底呢?下文將詳敘取代碳封存而將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糧食、能源等的具體設(shè)想，如果付諸實(shí)施將使二氧化碳產(chǎn)品價(jià)格暴漲，從而使碳收集產(chǎn)業(yè)有利可圖而得以迅速發(fā)展，而大氣中的溫室氣體照樣下降甚至恢復(fù)至工業(yè)革命前的水平。

二、純氧氣化發(fā)電的電動汽車：

約一百年前，尤其二戰(zhàn)期間，出現(xiàn)過大量以木柴、煤炭為燃料的汽車、坦克等，其主要原理是對木柴、煤炭等燃料高溫氣化產(chǎn)生(木)煤氣，經(jīng)凈化后通入專用內(nèi)燃機(jī)做功，直接輸出動力驅(qū)動汽車前進(jìn)，然而由于氣化而得的煤氣或木煤氣燃值低、污染嚴(yán)重、啟動慢、動力輸出不穩(wěn)定等原因而逐漸淘汰，在石油危機(jī)出現(xiàn)后也開始有科學(xué)家重新關(guān)注鍋駝機(jī)等雜食性燃料設(shè)備的研究，在某些速度要求不高、生物質(zhì)豐富農(nóng)村地區(qū)仍有一定市場。

如果車載發(fā)電機(jī)只是用于補(bǔ)充消耗的電量，對燃燒穩(wěn)定性并無過多要求，斯特林機(jī)可以做到的，實(shí)際上現(xiàn)有一些木柴氣化發(fā)電等生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)也應(yīng)當(dāng)能夠做到車載。

我們知道，木柴、秸稈、煤炭等的眾多氣化技術(shù)中，使用純氧、水蒸氣氣化使所得氣體燃值大幅度提高，二氧化碳比例減少，若進(jìn)一步加氫、加碳重整則氣體燃值更高(例如獲得高濃度二甲醚)，從而克服氣化技術(shù)燃值低、不穩(wěn)定的缺陷，在車載制氧機(jī)利用尾氣余熱變溫吸附制取高純氧氣后，生物質(zhì)或煤炭等利用車載設(shè)備制取高熱值氣體成為可能，由于這一工藝流程很長，用于乘用車顯然太勉強(qiáng)，但經(jīng)細(xì)心設(shè)計(jì)還是可用于重卡等大型車輛的，例如各小型反應(yīng)釜也采用類似變溫吸附制氧技術(shù)的容器一、容器二之類輕便緊湊結(jié)構(gòu)，下面是改裝參數(shù)對比：

由于現(xiàn)階段對于燃燒污染的擔(dān)憂和緊張，氣化產(chǎn)生的化合物成分很多，凈化技術(shù)復(fù)雜，因此車載盡量采用催化劑裂解焦油，當(dāng)然條件許可也可結(jié)合光解技術(shù)凈化。

我們知道，重型商用車節(jié)能的意義比轎車更大。1輛重卡1年消耗的燃油，相當(dāng)于60輛轎車消耗的燃油，而我國乘用車1.2億輛，商用卡車三百萬輛，折算1.8億輛的排放量遠(yuǎn)超出乘用車。前一篇文章介紹的以車載斯特林發(fā)電機(jī)取代動力電池的電動重卡車型，由于斯特林機(jī)價(jià)格昂貴，因此售價(jià)預(yù)計(jì)為普通柴油機(jī)重卡的三倍整，但由于節(jié)約了大量燃油費(fèi)用，因此仍然是合算的，不過推出本車型后，售價(jià)降低近30萬，更富有競爭力。實(shí)際上還可進(jìn)一步降低造價(jià)，例如取消所有斯特林機(jī);增設(shè)高壓儲氣罐，用于儲存氣化重整產(chǎn)生的高熱值氣體(易于液化的甲醇、二甲醚居多)，就可以進(jìn)一步減少調(diào)蓄電池容量而不影響啟動、加速、爬坡等階段用電。下面是這類電動重卡的經(jīng)濟(jì)分析(按每月行程兩萬公里，或年行程二十四萬公里考慮)：

各型電動重卡費(fèi)用支出分析表

因此，我們認(rèn)為，現(xiàn)階段融資租賃、分期付款、卡車租賃業(yè)務(wù)應(yīng)該能夠打開電動重卡市場。

當(dāng)然，如果能源草產(chǎn)業(yè)、海藻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)真正發(fā)展起來后，相應(yīng)的生物質(zhì)制取二甲醚等技術(shù)也一定會得到發(fā)展，屆時(shí)乘用車發(fā)展還有一個(gè)很有可能的選擇，那就是燃用甲醇、二甲醚的混合動力汽車。但本人認(rèn)為，鑒于在這兩篇文章里所描述的這幾種車型可以直接燃燒生物質(zhì)等各種燃料并取代現(xiàn)有發(fā)電廠，包括二氧化碳收集方便、廉價(jià)，因此未來很長一段時(shí)間內(nèi)將可能是各類車型并存，它們各有優(yōu)勢，誰也取代不了誰，但個(gè)人意見：不看好燃料電池汽車、依賴動力電池的純電動汽車的技術(shù)路徑。

不過至少有一個(gè)方向應(yīng)該可以肯定或值得探索：發(fā)展能源草產(chǎn)業(yè)提供汽車動力乃至徹底取代化石能源。

發(fā)展能源草種植涉及到水資源的大量獲取，在現(xiàn)有水利技術(shù)條件下，搬運(yùn)南極冰山等設(shè)想都是不可行的，跨流域大規(guī)模調(diào)水也面臨經(jīng)濟(jì)性等問題;隨著現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)林業(yè)快速發(fā)展，能用的淡水資源指標(biāo)早已瓜分得一干二凈;本人所瞄準(zhǔn)的淡水資源是指每年白白流入大海的各大江河入海淡水量，例如亞馬遜河、剛果河、長江等的入海水量，他們遠(yuǎn)超當(dāng)前世界各國的用水量及缺水量，(而且這些淡水回用也使溶解在水中的磷元素重新回到陸地，而不是單向流入海洋，解決了部分磷元素的回流)。當(dāng)然依靠現(xiàn)有技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的，這涉及到一種新的高效的流體減阻技術(shù)的應(yīng)用,這一基礎(chǔ)科研技術(shù)不是個(gè)人或民間可以推廣的，謹(jǐn)借此平臺向各位感興趣者簡單介紹這個(gè)尚不為多數(shù)人所知的、甚至學(xué)術(shù)界也知之甚少的新技術(shù)。

三、高效流體減阻技術(shù)的簡介

3.1：流體阻力由來： 流體包括液體和氣體，如水、石油、空氣、化學(xué)溶液等，我們經(jīng)常打交道的流體主要是水和空氣，物體在水或空氣中運(yùn)動或水在管道、渠道中流動都會遇到阻力，在速度很大時(shí)阻力及能耗是很驚人的，例如炮彈的實(shí)際射程還不到按物理學(xué)中拋物線公式計(jì)算的理論射程的十分之一，就是空氣阻力的原因。汽車、列車在速度達(dá)150公里/小時(shí)以上時(shí)，發(fā)動機(jī)80%的功率都消耗在克服空氣阻力上，更不用說船舶、潛艇等遇到水的阻力了。以及石油管道輸送、飛行運(yùn)輸、水利渠道等處流體阻力問題幾乎無處不在，正因流體減阻對國民經(jīng)濟(jì)生活的極端重要性，世界各國長期以來傾巨資進(jìn)行重點(diǎn)研究，期待有大的突破。

高效流體減阻技術(shù)正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，它實(shí)際上是在流體力學(xué)領(lǐng)域提出了一種新的減阻方法及理論，是一個(gè)基礎(chǔ)性、原理性的發(fā)明。然而與其說它是流體力學(xué)理論，反而更像組合機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)明，它用很簡單但巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使流體阻力減少90%以上，部分中低速場合可望達(dá)驚人的99%以上，從而使能耗大幅度降低或使速度成倍乃至成十倍提高。

流體阻力可分為兩大類，即形狀阻力(粘壓阻力、興波阻力、局部阻力等)和摩擦阻力，流體對物體正面沖擊造成的阻力叫形狀阻力，它與此迎風(fēng)面積(迎流面積)及物體頭部形狀有關(guān)，現(xiàn)階段技術(shù)是將物體頭部做成流線型可減少這種阻力。流體因粘性而與物體側(cè)壁之間產(chǎn)生的阻力稱流體摩擦阻力，像一段平直的水渠中渠壁對水的阻力就是典型的摩擦阻力，這兩種阻力都與流體相對運(yùn)動速度的平方甚至更高次方成正比，也就是說隨著相對速度增加而呈幾何級數(shù)遞增。一般在流體中運(yùn)動的細(xì)長型物體如導(dǎo)彈、潛艇、列車等摩擦阻力占80%～90%左右，形狀阻力占10%左右，輪船、飛機(jī)等則各占一半左右;在管道或渠道中流動時(shí)即所謂內(nèi)流形狀態(tài)中90%以上為摩擦阻力，只是在轉(zhuǎn)彎及開關(guān)、閥門等處有約10%的形狀阻力(局部阻力)。

3.2：減少流體摩擦阻力：對于減少摩擦阻力，由于摩擦阻力與流體、物體表面(即邊界面)之間的相對速度成正比，高效流體減阻技術(shù)的方案是使用人工裝置進(jìn)行強(qiáng)制干預(yù)，該裝置布設(shè)在需要減阻的物體表面，它依次布置至少一重的一到多重可活動“減阻膜片”群從而將邊界面與物體表面分離，使其能與流體共同運(yùn)動，從而使“新表面”與流體相對速度為零甚至為負(fù)數(shù)，也就減少乃至消除摩擦阻力;同時(shí)控制各層膜片運(yùn)行位置，使各層膜片相互之間可自由活動而保持相對穩(wěn)定，各重膜片自動生成一定的速度差，進(jìn)一步減少內(nèi)部運(yùn)行阻力，如下圖所示意：

布設(shè)多層膜片分層運(yùn)動關(guān)系示意

各重膜片在流體摩擦力驅(qū)動下逐層帶動自動生成一定的速度差，即若流體運(yùn)動速度為V的話，N重膜片中靠近固定壁的第一重膜片運(yùn)動速度為V/N，第二重膜片速度為2V/N，第三重為3V/N，依此類推。也就是說自動生成膜片速度梯度引導(dǎo)流體分層有序流動。由于各層膜片在平衡狀態(tài)按等速運(yùn)動考慮，內(nèi)外側(cè)流體對它所作的功互相抵消，理論上并不另外消耗能量那么可知所受流體摩擦力為Cf×1/2ρS×(V/n)2=1/n2×Cf×1/2ρV2S，功率損耗為1/n3Cf×1/2ρV3S，也就是說理論上布設(shè)n層膜片減阻后摩擦阻力及功率損耗是原來的1/n2及1/n3。例如使用十層膜片，則摩擦阻力及能耗變?yōu)樵瓉淼陌俜种弧?/p>

3、3：減少流體形狀阻力：如何減少另一類形狀阻力呢?當(dāng)流體與固體相沖擊時(shí)，因流體與固壁面相對速度大，又成一定角度甚至垂直沖擊，后面的流體因慣性沖開前面的流體直接與固壁撞擊，所以流體與固壁面的碰撞能量、動量損失極大，這是形狀阻力的主要組成部分，如能控制乃至阻斷流體在轉(zhuǎn)向時(shí)對固壁面的直接沖擊，就可解決形狀阻力(及類似阻力)減阻的問題。但流體很難控制其運(yùn)動狀態(tài)，不過我們平時(shí)都知道，瓶子中裝滿水時(shí)，水受限于瓶子，控制瓶子的運(yùn)動就控制了水的運(yùn)動。

受此啟發(fā)，高效流體減阻技術(shù)提出減少形狀阻力的方案是：在流體轉(zhuǎn)向位置時(shí)預(yù)先設(shè)置曲率符合要求(往往是圓弧)的固壁面(軌道)，同時(shí)在流體中間每隔一定間距插入(葉片狀)機(jī)械裝置，將流體分成多個(gè)限定的區(qū)域(與“瓶子”類似)，從而控制其流動使其運(yùn)動狀態(tài)與固體類似，就像水裝在瓶子中一樣，裝滿水的瓶子就相當(dāng)于固體;強(qiáng)制干預(yù)流體流動使其沿著固定壁逐步改變速度方向，而固定壁面對流體的反作用力始終垂直于其速度方向，也剛好提供了流體以圓周運(yùn)動方式轉(zhuǎn)變運(yùn)動方向所需的向心力，從而避免了流體改變流向時(shí)的流固沖擊損失，即形狀阻力。

下圖所示為其特殊的情形，可幫助我們理解如何避免形狀阻力的：可運(yùn)動的內(nèi)管懸浮于固定不動的外管中，外管轉(zhuǎn)彎半徑是預(yù)先計(jì)算并設(shè)置好的，內(nèi)管壁面內(nèi)沿著垂直于運(yùn)動方向按預(yù)定間距布設(shè)隨同流體一起運(yùn)動的葉片，相當(dāng)于把流體裝進(jìn)了限制的“瓶子”，內(nèi)管就是一個(gè)可控制的整體;內(nèi)管在向心浮力作用下自動轉(zhuǎn)彎，也帶動內(nèi)管包裹著的流體自動轉(zhuǎn)彎，(就像裝滿流體的懸浮列車自動轉(zhuǎn)彎)，從而避開了流體轉(zhuǎn)彎時(shí)對外管管壁的沖擊，也就是說避開了形狀阻力。

運(yùn)動的內(nèi)管在彎管內(nèi)轉(zhuǎn)彎布置示意

3.4：具體應(yīng)用設(shè)計(jì)：這是基本原理簡介，在內(nèi)流領(lǐng)域應(yīng)用比較好理解，只在內(nèi)、外管之間需要再布設(shè)多重減阻膜片減少相應(yīng)的流體摩擦阻力就行了;而在外流領(lǐng)域(如飛艇、艦船、潛艇、魚雷、高速列車等)，其頭部流體就要作特殊處理;在外流時(shí)涉及形狀阻力減阻和摩擦阻力減阻。首先是將運(yùn)動體頭、尾部形狀阻力問題解決以擺脫流線型線的限制，再在其狹長的兩側(cè)布置摩擦阻力減阻裝置，方案是：在航行體艏部(頭部)將航行體迎流面途經(jīng)路徑上的流體通過內(nèi)部流道分散排向兩側(cè)比較長的距離上，從而將很復(fù)雜的(外流)艏部形狀阻力減阻轉(zhuǎn)化為相對較簡單的內(nèi)部流道摩擦阻力減阻，以較低速度的船舶為例：

而如果速度較大的船舶、飛艇等場合，就必須控制從兩側(cè)排除流體的動量改變量，進(jìn)一步減少能量損失而提高速度，如下圖所示意，被減阻航行體橫截面上的流體被劃分成多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的流體都進(jìn)入對應(yīng)的流道，其中流體發(fā)生一次轉(zhuǎn)向的暫稱為單轉(zhuǎn)流道，發(fā)生二次轉(zhuǎn)向的稱為雙轉(zhuǎn)流道。在改變了一個(gè)較小的速度方向后分散并分別排在航行體艏部兩側(cè)前端較長的距離上，再流向航行體尾部，這樣排向兩側(cè)的流體動量基本上沒有大的改變，相應(yīng)的航行體動量也不會有大的改變，卻使其形狀阻力(含船舶中的興波阻力等)進(jìn)一步大幅度減少。

外流艏部減阻器曲線流道結(jié)構(gòu)示意

由于其減少各種流體阻力有望達(dá)90%乃至99%以上，從而使流體速度成倍乃至成十倍提高，在外流領(lǐng)域可設(shè)計(jì)出高速飛艇、艦船、潛艇、魚雷等，由于在航行體頭部將迎流面途經(jīng)路徑上的所有流體分區(qū)域通過對應(yīng)的內(nèi)設(shè)多層減阻膜片的流道分散并轉(zhuǎn)向分別排往兩側(cè)比較長的距離上,從而高效減少形狀阻力并消除流線型線的影響,且利于兩側(cè)布置摩擦減阻，并且其外部型線擺脫流線型線影響而變得比較規(guī)整;例如設(shè)計(jì)出時(shí)速有望超過高鐵、直升機(jī)的高速太陽能飛艇。

內(nèi)流領(lǐng)域提出了一種新的高速管道運(yùn)輸系統(tǒng),它可看做對現(xiàn)有水力容器管道運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),在封閉的柔順連接的外管系統(tǒng)中設(shè)置可移動、轉(zhuǎn)彎、自動開閉、懸浮于循環(huán)流動的水中沿著外管運(yùn)行的內(nèi)管,相當(dāng)于所謂的"懸浮管道列車",流體或物料裝在內(nèi)管中運(yùn)輸,或裝入特制容器后裹在內(nèi)管中運(yùn)送,同時(shí)闡述了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)以固定內(nèi)管運(yùn)行位置、調(diào)整特制容器比重、設(shè)置高效率驅(qū)動裝置、物料進(jìn)出該系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)等,使之可突破極限超高速運(yùn)行。從而設(shè)計(jì)出速度成十倍提高而運(yùn)能巨大的輸水、貨運(yùn)管道系統(tǒng)、及各類高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)等。

下圖分別為內(nèi)流管道運(yùn)輸系統(tǒng)的縱、橫剖面結(jié)構(gòu)示意：

高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)的橫截面(內(nèi)管懸浮結(jié)構(gòu))示意

下表是各類相關(guān)的管道運(yùn)輸系統(tǒng)每公里經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)(每千米計(jì))初步預(yù)估

3.5：相關(guān)文獻(xiàn)：當(dāng)然這些只是簡單的摘要性介紹，詳細(xì)的理論闡述、推演計(jì)算的論文詳見中國計(jì)算力學(xué)大會2014暨第三屆錢令希計(jì)算力學(xué)獎頒獎大會論文集：《一種流動控制方法及應(yīng)用設(shè)想》;

或《硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程》2016年第一期第一篇：《一種高效減阻的高速管道輸送系統(tǒng)的設(shè)想》;

或第八屆全國流體力學(xué)會議論文集http://ltlx.cstam.org.cn/templates/ftlx/second.aspx?nodeid=291&tohtml=false湍流與穩(wěn)定性第一篇：《一種流動控制方法及應(yīng)用設(shè)想》;

及中國機(jī)械工程學(xué)會物流工程分會管道物料輸送技術(shù)專業(yè)委員會八屆二次理事會暨學(xué)術(shù)交流會, 2013最后一篇：《多種用途的高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)想》;

也可查相關(guān)專利文獻(xiàn)，如美國專利文獻(xiàn)：US 9441650 B2。

在這些權(quán)威學(xué)術(shù)會議或?qū)I(yè)刊物發(fā)表這些論文，本意是這一驚世駭俗的設(shè)想引起權(quán)威學(xué)者們的爭論，在爭議中辨明技術(shù)真假從而利于該技術(shù)的推廣，不料出乎意料的是中國乃至各國力學(xué)界、尤其流體力學(xué)界至今都保持沉默，其實(shí)權(quán)威學(xué)者們的顧慮是可以理解的，看來有些事情是急不得的。當(dāng)然謹(jǐn)在此對冒著重重風(fēng)險(xiǎn)允許、協(xié)助發(fā)表這些文章的專家學(xué)者及熱心支持、扶助新技術(shù)、新事物成長的科學(xué)家們一并表示衷心的感謝。

隨著應(yīng)用領(lǐng)域不同而具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)也千差萬別，與本文所主張發(fā)展能源草產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的主要為三個(gè)產(chǎn)品的應(yīng)用：高速太陽能飛艇，高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)，特別強(qiáng)調(diào)由高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)派生的高速調(diào)水河道。

四、高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)解決水資源大規(guī)模調(diào)運(yùn)瓶頸：

現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)水工程水利設(shè)計(jì)都以低速自流為原則，須修建寬大河道、渡槽，開鑿長距離隧洞，受地形限制大，土建投資巨大;蓄水及發(fā)電須修筑高大水壩，淹沒土地，工程浩大;河道流速緩慢過流能力低，修好堤壩每年仍要抗洪搶險(xiǎn);

作為低能耗的高速輸水管道，在地勢平坦的地帶也可依自然地勢修建高速輸水管(渠)道而使洪水迅速退去，長距離輸水作為壓力管道可輕易克服地形障礙自由選擇坡度、走向和鋪管路徑,不需要修建河道、渡槽和隧洞等，造價(jià)可節(jié)省四分之三以上。哪怕流速以20米/秒計(jì)算一條直徑九米的管道系統(tǒng)年輸量可達(dá)三百億方，相當(dāng)于黃河的水量。與可高速調(diào)水的高速管道輸送系統(tǒng)相聯(lián)，調(diào)蓄水庫、抽水蓄能電站的選址也將不再受距河道遠(yuǎn)近之限制。直接引流發(fā)電不再需要修建高壩電站。

航空、鐵路、公路貨運(yùn)能耗高，運(yùn)能有限，即使重載鐵路貨運(yùn)能力也難以達(dá)到每年一億噸，貨運(yùn)運(yùn)力緊張;管道運(yùn)輸只限于少數(shù)礦漿中、短途輸送;水運(yùn)速度慢，內(nèi)河航運(yùn)已衰落。能耗比較，管道：鐵路：汽車：航空=1:1.5:5:750;跨地區(qū)之間修建管道輸送干管，其運(yùn)力巨大，以直徑兩米的管道為例，輸送速度達(dá)每秒10米時(shí)年運(yùn)量就達(dá)二十億噸，相當(dāng)于二十條重載鐵路，每公里能耗只有數(shù)千瓦(節(jié)省能耗90%以上)而造價(jià)與鐵路相當(dāng)。礦石料、煤炭、糧食、砂土、原油、成品油、天然氣、水、化工原料危險(xiǎn)物品等各種物料均共用同一外運(yùn)干管輸送，取代鐵路貨運(yùn)，并與長距離調(diào)水綜合統(tǒng)籌。

以中國為例，北方缺水，南方水多，從南方水源地輸往北方采用高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)，相對于現(xiàn)有河道、水壩等工程設(shè)施其造價(jià)成倍降低，從而使一些原來擱淺的設(shè)想具備經(jīng)濟(jì)可行性，例如朔天大運(yùn)河設(shè)想，即使沒有每年三千億方水量，只要西藏確有水量可調(diào)出，用高速管道就可比較容易實(shí)現(xiàn)，例如用兩條直徑八米的管道年調(diào)600億方水進(jìn)入缺水嚴(yán)重的陜、甘、寧或新疆，相當(dāng)于兩條黃河，而其造價(jià)僅與兩條高速公路相當(dāng)。現(xiàn)有南水北調(diào)的東線、中線工程，如用高效流體減阻技術(shù)改裝，只需花費(fèi)幾百億就可使其輸水能力提高數(shù)倍，當(dāng)然前提是長江可調(diào)水量增加數(shù)倍以上，因?yàn)榘船F(xiàn)有技術(shù)考慮，長江水也沒有很大富余水量可供外調(diào)了。

提起利用長江入海淡水，中國有一個(gè)得天獨(dú)厚的條件，那就是江蘇外海(黃海)沿岸由于黃河泥沙入海的緣故水深很淺，且由于日本列島環(huán)繞而風(fēng)暴潮影響較小，而長江入海口距離北方缺水最嚴(yán)重的環(huán)渤海地區(qū)很近(約700公里到達(dá)青島或膠萊運(yùn)河口)等，利用高效流體減阻技術(shù)可采用如下方案：

大致沿著江蘇外海十五米等深線(距離現(xiàn)海堤約十公里不等)筑防波堤開河，從重新疏通改造的膠萊運(yùn)河進(jìn)入渤海，沿著老鐵山一線筑海堤封堵渤海成為淡水湖，封堵長江口，(防止調(diào)水后咸潮上溯，當(dāng)然洪水階段閘門可以開啟排洪);防波堤內(nèi)側(cè)布置高速調(diào)水河道并驅(qū)動其維持運(yùn)行，使長江入海淡水調(diào)頭北上保持兩米每秒速度進(jìn)入“渤海湖”，從而解決北方水資源來源。

經(jīng)濟(jì)測算：十五米水深的防波堤造價(jià)每公里兩到三個(gè)億，近八百公里防波堤連同封堵渤海的兩百公里大堤共一千公里約三千億元;高速河道寬兩公里，深十五米，兩側(cè)大堤上建造高速公路(或鐵路)，連同河道表面布設(shè)減阻膜片等設(shè)備按每公里四個(gè)億計(jì)算約三千億元;兩百公里舊膠萊運(yùn)河擴(kuò)寬至兩公里深十五米，耗資約兩千億元;驅(qū)動高速河道維持運(yùn)行的電力約需要兩百萬千瓦，可以海上風(fēng)力發(fā)電或潮汐發(fā)電站解決，以新建海上風(fēng)電計(jì)耗資約一到兩百億;其余諸如橫跨高速河道建造跨海大橋四座約四百億(在膠州、鹽城、連云港、南通分別建橋)、封堵長江口大堤及船舶入口約兩百億、現(xiàn)有沿海港口搬遷至新防波堤附近約五百億、及數(shù)處大型擋咸船閘約兩百億等，總投資約玖仟億到一萬億元人民幣。

這樣一來，長江入海水量近萬億方淡水可全部或大部分調(diào)入“渤海湖”儲存，沿線河流入海淡水也全部截留，渤海水體總量約一萬一千億方，水體可每年更新一次，(哪怕每年只調(diào)水三千億也滿足水體更新的要求)。而且新增自大連直達(dá)上海高速公路(或高鐵)、八百公里防波堤乃至上千公里海堤隨處可兼做深水港口、防波堤內(nèi)是風(fēng)雨無礙的黃金航道、防波堤與高速河道的河堤之間是優(yōu)良的海水養(yǎng)殖場，而且新增近十萬平方公里國土面積(“渤海湖”八萬平方公里，江蘇外海新增“淡水湖”約一萬平方公里)。

“渤海湖”的建成不但解決了環(huán)渤海地區(qū)的缺水問題，而且可沿著黃河現(xiàn)有河道及黃河故道設(shè)置高速管道調(diào)“渤海湖”的淡水進(jìn)入海拔較低的河南、山東、河北內(nèi)地，黃河水在中游就可截留不再下泄，且在黃土高原泥沙主要來源段用高速輸水管道代替現(xiàn)有河道，利用高速管道的澄清河水功能解決洪水期間黃河泥沙問題;下游的河水利用指標(biāo)重新分配給陜西、甘肅、內(nèi)蒙等省市;山西、內(nèi)蒙等地海拔近千米，可利用富余風(fēng)電提水，每拿出一千萬千瓦風(fēng)電就可年提水約150億方，半條黃河的水量(同時(shí)也解決了內(nèi)蒙、山西地區(qū)風(fēng)電消納及棄風(fēng)限電問題)，足以保證兩省用水;至于向更遠(yuǎn)的新疆、甘肅等地調(diào)水，由于新疆海拔較低，部分地區(qū)甚至低于海平面，因此可沿著海水西調(diào)建議的路線規(guī)劃高速調(diào)水管道系統(tǒng)，管道逐級下降所發(fā)電力用于彌補(bǔ)提水所耗電力，只是必須新建遠(yuǎn)距離高壓輸電線路;不過個(gè)人覺得新疆、甘肅、陜西等地的水資源就近從西藏或大西南調(diào)水為宜，還可兼顧高差利用發(fā)展水力發(fā)電;而且中國的沙漠大都有豐富地下水(咸水)及風(fēng)力資源豐富的特點(diǎn)，完全可利用風(fēng)電淡化地下咸水，及利用北方天然冷源大量淡化地下咸水(控制咸水或海水結(jié)冰速度，去掉濃縮的鹵水，利用陽光或熱源緩慢溶化，再冷凍并控制結(jié)冰速度即可得到準(zhǔn)淡水冰塊);這樣北方人均水資源量翻幾倍，不但工業(yè)用水，而且糧食生產(chǎn)等農(nóng)林業(yè)用水也得到解決，包括三北防護(hù)林在內(nèi)的能源草產(chǎn)業(yè)也將突破水資源瓶頸。

至于高速太陽能飛艇(采用防爆氫氣囊專利技術(shù)，取代昂貴的氦氣而填充廉價(jià)易得的氫氣)應(yīng)用于能源草大規(guī)模種植時(shí)的飛播、噴灑藥水、飛行灑水澆灌，如何解決山區(qū)、沙漠、草原、海島等處交通，包括解決各類農(nóng)林業(yè)產(chǎn)物收集、運(yùn)輸難問題等在此不再贅述，也不討論不很相關(guān)的高速飛艇的軍事用途等，能源草產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展是關(guān)系到國計(jì)民生的大事，在防空安全可控制前提下適當(dāng)開放領(lǐng)空是值得各國政府考慮的事情。

五、從移居外星說開去

不時(shí)從各種渠道看到人們對世界末日的擔(dān)憂，例如冰川期到來引起氣候急劇變冷、行星撞擊地球引起漫天灰塵的氣候變化、超級火山爆發(fā)導(dǎo)致日月無光氣溫下降、大規(guī)模核戰(zhàn)爭導(dǎo)致核冬天等都將導(dǎo)致人類的滅亡，也有擔(dān)心溫室效應(yīng)失控導(dǎo)致地球溫度急劇變熱而崩潰的討論;所以有很多關(guān)于末日避難所、“諾亞方舟”的設(shè)計(jì)，但都被證明并非終極解決方案;最引人注目的是代表美國科技創(chuàng)業(yè)方向的馬斯克總裁提出的移居火星計(jì)劃，具體細(xì)節(jié)不在這里重復(fù)，不過人類真的必須離開地球殖民外星才能避開世界末日嗎?

這篇文字很多論點(diǎn)看起來似乎都是針對馬斯克先生而來的：特斯拉的動力電池加充電樁續(xù)航，而本文及上一篇文章介紹的車型就是取代純電動汽車的;馬斯克先生提出真空管道建超速高鐵技術(shù)，為減少空氣阻力而把管道抽成真空，而我倒不是想要爭辯高效流體減阻技術(shù)設(shè)計(jì)出的高速氣浮管道列車與之相較的優(yōu)劣，而是說現(xiàn)階段時(shí)速就可望達(dá)到三百公里、不需建機(jī)場、車站、鐵軌或管道且隨處可停靠的廉價(jià)的高速太陽能飛艇必將終結(jié)各類高鐵，并沖擊航空運(yùn)輸市場。因?yàn)轳R斯克先生代表美國最前沿的科技創(chuàng)業(yè)方向，所以出現(xiàn)不同看法只是對科技發(fā)展方向的判斷有不同而提出爭議而已，并無個(gè)人喜好、恩怨之類。

火星等外星球環(huán)境之嚴(yán)酷，是地球上最嚴(yán)酷的環(huán)境也不能相比的，將火星地球化的難度，恐怕遠(yuǎn)不如挖掘、開發(fā)地球上其他環(huán)境，例如南極冰原也比其他星球環(huán)境好得多，改造或開發(fā)費(fèi)用也比末日地堡便宜得多。

南極大陸覆蓋著數(shù)千米厚冰層，氣候嚴(yán)寒，就連最熱的夏季平均溫度也低于零下十幾度，極低溫測得零下八十九度，這樣的嚴(yán)寒下鋼鐵也會脆成渣;更兼常年暴風(fēng)，人稱“殺人風(fēng)”，連房子都會被吹跑;雖說風(fēng)能資源豐富，但該地域發(fā)展風(fēng)電需用耐極低溫設(shè)備，價(jià)格極為昂貴;大風(fēng)來臨時(shí)地面涌起冰雪流，冰渣、冰塊橫飛易砸壞設(shè)備;且風(fēng)電無法外輸利用;所以南極是至今無人類定居的未開發(fā)大陸。

不過如果換一個(gè)思路呢?耐極低溫的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備確實(shí)昂貴，因?yàn)槠胀ㄤ撹F在這個(gè)溫度下早已強(qiáng)度降到幾乎為零的脆裂，風(fēng)力塔架所用特種鋼甚至制作發(fā)電設(shè)備本身的特種鋼材費(fèi)用就叫人承受不了，這也是南極諸多科考站仍未能解決基本的能源需求的原因。但我們要注意到一個(gè)現(xiàn)象：在南極大部分地區(qū)，哪怕是夏天，氣溫從沒達(dá)到零度，也就是說這個(gè)地區(qū)不用擔(dān)心冰的融化，這與我們接觸的寒冷地區(qū)稍有不同，我們清楚，冰是越冷越硬，不但冰的抗壓強(qiáng)度接近磚石材料，而且其抗拉強(qiáng)度甚至遠(yuǎn)超過磚石材料;木材也有類似特性，那么為什么不考慮用隨處可見的冰來做風(fēng)機(jī)塔架材料呢?及寒帶生長的木材來代替風(fēng)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，使用適應(yīng)惡劣環(huán)境的垂直軸風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，除了極少數(shù)必須用到金屬的永磁體、電極等部分外，其余部分均可用廉價(jià)的耐嚴(yán)寒材料制作(木材、特制冰塊等)，開發(fā)這樣的專用風(fēng)電設(shè)備其風(fēng)力發(fā)電站費(fèi)用就急劇下降，甚至有望降到每千瓦兩千元以下。實(shí)際上立一塊八、九米高的冰柱或冰桁架，在南極地區(qū)這個(gè)高度上的風(fēng)能就十分可觀，這個(gè)高度也足以避開南極暴風(fēng)來臨時(shí)冰雪流中翻滾的冰渣、巨大的冰塊，保護(hù)垂直軸風(fēng)力發(fā)電設(shè)備不被沖壞。

有了能源，不應(yīng)用慣常的思路考慮怎樣輸送到南美洲工業(yè)發(fā)達(dá)的工業(yè)區(qū)，而應(yīng)考慮怎樣就地消納和發(fā)展;有沒有可能建立冰下城市系統(tǒng)呢?

冰下洞室開鑿如果使用開挖土方的機(jī)械，那么冰越冷越硬，將冰塊一點(diǎn)一點(diǎn)的敲碎可想而知怎樣費(fèi)勁了，其費(fèi)用甚至超過石方挖掘;我們知道與石塊切割挖掘不同，冰的切割比較簡單：用電烙鐵作為“熱刀”就足以輕松地切下冰柱，如果仿照地下隧道開挖的盾構(gòu)機(jī)開發(fā)專門的冰洞挖掘機(jī)械，頭部用專用電加熱烙鐵切割大直徑的冰柱，例如直徑三米長度十米的冰柱并將其整體運(yùn)出作為風(fēng)機(jī)塔架，(也可用于建造大型冰建筑、房屋)，安裝時(shí)用熱水代替“水泥”做膠結(jié)材料就行，(而不是將其全部挖碎運(yùn)出)，那么掘進(jìn)速度就很快而且能耗及費(fèi)用極低。位于冰下數(shù)米、數(shù)十米或幾百米的洞室足以抵御地面的嚴(yán)寒，若再使用廉價(jià)的保溫材料鋪貼在冰壁上足以建造溫室，按每平方公里風(fēng)電得到十萬千瓦電力計(jì)，采暖指標(biāo)取每平方40瓦，植物補(bǔ)光燈照明用電指標(biāo)取每平方20瓦(按1500流明考慮設(shè)計(jì))，可建冰下溫室一百六十萬平方(約兩千五百畝)，哪怕發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)其收入也是否可觀;每平方公里投資：風(fēng)電設(shè)備按2000元/千瓦約兩個(gè)億，專用機(jī)械超大規(guī)模冰洞開鑿、立柱安裝按五千萬考慮(以風(fēng)電供應(yīng)機(jī)械動力);保溫材料、采暖燈光電氣按每平方80元計(jì)約1.5億(不需要承受重力的骨架結(jié)構(gòu)材料，因此費(fèi)用很低)，總共約四億元，得兩千五百畝溫室折算為每畝十幾萬元，與發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)的高檔日光溫室建造費(fèi)用基本相同;如果將風(fēng)電投資視為電站投資另行計(jì)算的話，這樣的溫室建造費(fèi)用比溫帶、寒帶地區(qū)的溫室建造費(fèi)用低一半以上，僅相當(dāng)于中國的連棟薄膜大棚，更不用說可作為廉價(jià)的房屋使用、作為超大型優(yōu)質(zhì)天然冷庫儲存各類物資的功能。

冰下溫室發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)其產(chǎn)量遠(yuǎn)超溫帶地區(qū)，南極一千多萬平方公里可得溫室至少兩百億畝，足以滿足兩百億人口生存需求，即使真的發(fā)生行星撞擊、核戰(zhàn)爭、超級火山爆發(fā)等災(zāi)難造成氣溫急劇下降，氣溫越低冰川越多，冰面上的風(fēng)能也越多，(冰川風(fēng)的成因見相關(guān)專著)，身處冰原也不用擔(dān)心清潔淡水，調(diào)配其中植物、動物比例即可實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)，在冰下自成生態(tài)體系，大氣中無論是放射性塵埃還是其他因素的變化對這一冰下生態(tài)系統(tǒng)幾乎沒有影響;甚至哪怕集中全球現(xiàn)在所有的核武器轟擊南極大陸，也僅能融化1%的冰川而已。

這才是全人類的“末日避難所”，比移居外星球簡單多了，所以目前來說的相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，沒有移居外星球的必要性。如果真的有興趣付諸實(shí)施的話，建議將用于火星實(shí)驗(yàn)的資金改為在條件好很多的北極附近格陵蘭冰川先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性開發(fā)。

當(dāng)然這只是在末日避難所問題上探討新的思路，及打破常規(guī)開發(fā)目前被認(rèn)為沒有利用可能的新能源并就地消納的新設(shè)想、新思路;也只有在南極大量開鑿冰下洞窟群，才能發(fā)揮其天然冷庫利于儲存物資的優(yōu)勢，例如大規(guī)模儲存、封存二氧化碳或其他碳物質(zhì)。同樣，對于現(xiàn)在被認(rèn)為無法開發(fā)的海洋波浪能開發(fā)、海底飄浮城市等設(shè)想，也可受其啟發(fā)和借鑒。

六、跨海調(diào)水系統(tǒng)及海底城市的設(shè)想

6.1：海中的高速管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)想：

可利用的各大江河入海水量非常驚人，例如亞馬遜河、剛果河等，巨大水量足以解決全球水資源短缺，同時(shí)水中溶解的磷也可回到陸地重新進(jìn)入循環(huán)，但現(xiàn)有技術(shù)是無法解決的，必須使用高效流體減阻技術(shù)建造高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)，才可實(shí)現(xiàn)水資源的跨洋調(diào)運(yùn)。單純?yōu)檎{(diào)水而建造巨大的系統(tǒng)投資回收期很長，幾乎沒有經(jīng)濟(jì)可行性，因此須結(jié)合海洋開發(fā)統(tǒng)籌考慮，綜合開發(fā)包括海洋波浪能、海底礦產(chǎn)(錳結(jié)核等)、海洋牧場、海洋運(yùn)輸?shù)鹊仍趦?nèi)的所有產(chǎn)業(yè)，不過高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)解決了各類物資的大規(guī)模運(yùn)輸問題，使海洋中的水下飄浮城市的建立成為可能。

現(xiàn)有海運(yùn)都是船運(yùn)，雖說運(yùn)量大、能耗較低，但因速度慢、航行受氣候影響大等多有詬病，海運(yùn)一直處于衰落，但又無其他方法取代。與一般人預(yù)料的相反，若形成海洋運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，在海中建造本高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)并不比陸上系統(tǒng)更昂貴，因海中系統(tǒng)為無壓力系統(tǒng)，不像在陸地上為適應(yīng)地形高低起伏而需要抵抗因高差產(chǎn)生的流體高壓，管材可用廉價(jià)的材料例如經(jīng)防腐蝕處理的竹材、木材等制作;近岸一般敷設(shè)在海底，而在深海則以張力腿技術(shù)懸浮于海平面下一、兩百米左右(此處風(fēng)平浪靜避開惡劣海況);且海中系統(tǒng)的管道比較平直，其運(yùn)行速度更容易突破，例如達(dá)到一百米每秒，接近直升飛機(jī)的速度，而其運(yùn)力更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有船舶運(yùn)輸系統(tǒng)。

若調(diào)水用管道或河道尺寸按高20米、寬200米計(jì)算，當(dāng)速度達(dá)到10米/秒時(shí)，過流能力為40000方/秒，超出剛果河、長江的流量，或者說年輸送量達(dá)一萬三千億方。而其他缺水國家地區(qū)就沒有中國利用長江入海水量那樣得天獨(dú)厚的條件，例如缺水最嚴(yán)重的中東，雖說波斯灣水體有二十幾萬億方，但查看整個(gè)印度洋沒有幾條水量豐富的河流流入，只能考慮從流入大西洋的亞馬遜河、剛果河等河流跨洋調(diào)配，而且即使將亞馬遜河水量全部注入封堵后的波斯灣，也需要三年才能注滿;而很多國家地區(qū)連大規(guī)模儲存淡水的大型湖泊也找不到，只能從建好的海洋調(diào)水網(wǎng)絡(luò)中隨用隨取。由于不少用水區(qū)高差較大，如環(huán)繞波斯灣的伊朗高原、阿拉伯高原，需配套發(fā)展清潔能源提水，例如澳大利亞、環(huán)波斯灣、撒哈拉一帶國家可發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)獲取提水電能，處于西風(fēng)帶國家地區(qū)可發(fā)展風(fēng)電提水。

當(dāng)然有一個(gè)可能的疑問需要解釋清楚，因?yàn)橄袷豌@井平臺一類構(gòu)筑物的海中系泊系統(tǒng)造價(jià)很高，【系泊技術(shù)所仿照的阿基米德橋、張力腿技術(shù)，是指系泊平臺或其他物體比水輕得多，浮力遠(yuǎn)大于重力，為阻止其上浮設(shè)一重物塊(沉塊)沉于海底，用拉索一頭拉住沉塊，一頭拉住管道，就像平日用重物固定氫氣球一樣】，當(dāng)海水較淺時(shí)可以使用鋼索系泊，隨著海水深度增加鋼索越來越重，出現(xiàn)的問題也越來越多，超過一、兩千米以上再使用鋼索就不合算了，現(xiàn)有技術(shù)是使用超高分子模量的高分子材料，其比重與海水接近而強(qiáng)度遠(yuǎn)超鋼材，但價(jià)格極其昂貴。

高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)的容重被嚴(yán)格設(shè)置為與海水相同，從而不需要抵抗自身重力或不均衡的浮力;也可設(shè)置桁架結(jié)構(gòu)作為管道的外骨架以固定管道系統(tǒng)柔性外管，使各段管道連成一個(gè)受力總體;巨大跨度的桁架可用竹材、木材等制成，特別是竹子材料;其容重調(diào)整到與海水相同，價(jià)格低廉又只需做簡單防腐處理，每隔一定距離與張力腿平臺連結(jié)從而固定高速管道系統(tǒng)位置。由于高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)的內(nèi)管系自行產(chǎn)生流體動力作用自動轉(zhuǎn)彎，對軌道要求低，不像鉆井平臺那樣嚴(yán)格要求紋絲不動，因此外管可以是柔性的，張力腿平臺可以是簡單、柔性的單點(diǎn)系泊。主張采用強(qiáng)度高、比重輕、廉價(jià)易取得的竹木材料，尤其是竹子，順紋抗壓強(qiáng)度較高每平方厘米達(dá)800公斤，相當(dāng)于八千米海底壓力強(qiáng)度，其順紋抗拉強(qiáng)度甚至超過了一級鋼材而比重在高壓下與海水相近，為避開竹材各向異性(其他各向強(qiáng)度較弱)特點(diǎn)，可結(jié)合竹集成材技術(shù)、竹膠合板技術(shù)等對精制竹銑片等的排列、組合、膠合方式精心選擇從而設(shè)計(jì)出可抵抗深水壓力的新型竹纜繩、竹拉桿或竹木、竹塑膠合材料等，其外敷膠水甚至就用現(xiàn)有的酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂就可滿足要求，現(xiàn)有竹膠合板已基本上各向同性，抗壓、抗拉強(qiáng)度已達(dá)到150兆帕，經(jīng)過特別改進(jìn)后在四千米以內(nèi)海深環(huán)境工作應(yīng)該不會有什么大的問題。這樣系泊系統(tǒng)造價(jià)減為原來的十分之一到數(shù)十分之一，若按每公里一萬噸拉力，造價(jià)約三千萬元。連同高速管道每公里造價(jià)控制在一個(gè)億以內(nèi)。

同樣這一系統(tǒng)兼具貨運(yùn)功能，年運(yùn)貨能力輕易突破達(dá)百億噸以上，克服了船運(yùn)速度慢、受氣候影響大的缺陷，可逐步取代世界遠(yuǎn)洋輪船貨運(yùn);生產(chǎn)、生活資料可以很方便地配送到遙遠(yuǎn)海域，現(xiàn)有大尺寸壓力容器價(jià)格不斷降低，可用于設(shè)計(jì)建造水下懸浮建筑，這樣海面下的懸浮居住系統(tǒng)(城市)可大量建成，如下圖所示意：

6.2：海洋波浪能開發(fā)的新思路

按世界能源組織統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有技術(shù)可利用的波浪能約二十五億千瓦，但這是指靠近岸邊的海區(qū)，因?yàn)楝F(xiàn)有波浪發(fā)電技術(shù)仍按陸地思路來設(shè)想，要抵抗海面暴風(fēng)等惡劣海況，通過大量復(fù)雜機(jī)構(gòu)收集密度較低而分散的能流，再通過復(fù)雜機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)為電能，并調(diào)整電壓通過昂貴的海底電纜送往陸地，每一個(gè)環(huán)節(jié)都造成巨大成本增加，而且遠(yuǎn)海機(jī)械維護(hù)等都很不方便，這就造成波浪能發(fā)電成本居高不下而難以推廣，而且現(xiàn)有技術(shù)也未考慮到深海區(qū)建立水下操作基地。

開發(fā)海洋能源我們主張用一種能把微小能量收集并集中起來的集、蓄能發(fā)電系統(tǒng)：以大量較小的風(fēng)、水輪轉(zhuǎn)子或其它裝置作為能量捕獲器，通過活塞泵、柱塞泵或其他液壓泵等簡單而不易出故障的轉(zhuǎn)化裝置將風(fēng)能、海流能、波浪能等能流密度較低而分散的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為集中的液壓能，把低勢位蓄水箱的水通過管網(wǎng)加壓并儲存在高勢位蓄水箱，集中地接入一到數(shù)個(gè)水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生穩(wěn)定的電能;而風(fēng)輪、葉輪較小且距離較近的話，與之連接的管網(wǎng)的管道兼做支撐桁架結(jié)構(gòu)的桿件，形成穩(wěn)定、廉價(jià)的系統(tǒng)，省卻了大部分變速齒輪箱、蓄電池、逆變器等的系統(tǒng)單位造價(jià)比現(xiàn)有風(fēng)力、波浪發(fā)電系統(tǒng)等將成倍降低，例如海洋中波浪能發(fā)電降到每千瓦兩千元以下。

而且發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可以在海面上升降的，巨大暴風(fēng)來臨時(shí)可以潛入水下，不必設(shè)計(jì)得非常堅(jiān)固抵抗惡劣海況，從而降低成本。對于西風(fēng)帶的波浪較大的區(qū)域主張采用多道防波堤式的受能器，受能器可選擇在水下就可感受壓力變化而轉(zhuǎn)化壓力能(波浪能)為機(jī)械能的裝置而不必升上海面抵抗波浪拍擊，例如第一道受能裝置設(shè)在海面下十米處，利用氣袋感受壓力變化而驅(qū)動氣流相應(yīng)轉(zhuǎn)化能流，吸收波浪能后浪涌有所減少，再設(shè)第二道受能機(jī)構(gòu)吸收能量，以此類推，波浪能逐漸被吸收直到風(fēng)平浪靜，可以布設(shè)養(yǎng)殖網(wǎng)箱為止;所有發(fā)電系統(tǒng)都用廉價(jià)的竹木桁架連在一起，與未來研發(fā)出的竹木纜繩連接。

西風(fēng)帶波浪能潛力巨大，尤其南極附近的南冰洋，每平方公里二十萬千瓦以上，這些電能不能輸往陸地，還是與開發(fā)南極風(fēng)電一樣的新思路：就地消納發(fā)展新的產(chǎn)業(yè)。

6.3：建立海洋牧場發(fā)展種養(yǎng)殖業(yè)的設(shè)想

現(xiàn)有深海養(yǎng)殖工船與船舶相似，而船舶為了抵抗海面惡劣氣候而建造費(fèi)用巨大，因此發(fā)展阻力巨大，至今沒有多少艘外海養(yǎng)殖工船;實(shí)際上不難判斷如果把養(yǎng)殖籠(浮筏)固定于水下，就可大幅降低造價(jià)。

養(yǎng)殖網(wǎng)箱設(shè)于水下兩、三百米處，采用植物生長燈提供光源照明，按海藻最佳生長光照1000流明亮度設(shè)計(jì)每平方分配LED燈光功率15瓦;沿著張力腿布設(shè)管道抽取營養(yǎng)豐富的深層海水，深層海水溫度為1到4度，正是海帶等海藻最佳生長溫度;1000米以下的海水營養(yǎng)鹽豐富，可免去施肥作業(yè);從海面抽取空氣是不可取的，尤其氣候惡劣的西風(fēng)帶地區(qū)，因此必須使用通過高速管道運(yùn)來的純二氧化碳(鋼瓶裝干冰、液體二氧化碳或其他諸如碳酸氫鈣等化合物形式)，這些二氧化碳就是通過我們現(xiàn)在正在熱議的碳收集技術(shù)收集而來，不同的是現(xiàn)在的專家主張將其埋入海底或地下實(shí)現(xiàn)碳封存，而我們主張作為氣肥用于海洋養(yǎng)殖轉(zhuǎn)化為糧食、燃料等碳水化合物儲存，當(dāng)海帶、海藻養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展起來后，二氧化碳需求將極為旺盛，隨著二氧化碳市場收購價(jià)格不斷上漲，可以預(yù)見碳收集產(chǎn)業(yè)自然會迅速發(fā)展。

西風(fēng)帶波浪能每平方公里蘊(yùn)藏量不低于二十萬千瓦，以每公里獲取十萬千瓦波浪能電力計(jì)，可提供666.7萬平方米(即一萬畝)養(yǎng)殖面積的光源用電，或者一平方公里收集的電能可保證相當(dāng)于近七平方公里的養(yǎng)殖面積，由于采用人工照明，因此可以采取多層養(yǎng)殖的方法，這與陸地農(nóng)作物有點(diǎn)區(qū)別。當(dāng)然，為巡視、自動化操作方便，沒必要整個(gè)海域滿鋪六、七層養(yǎng)殖筏、養(yǎng)殖網(wǎng)箱，可沿著高速管道兩側(cè)各鋪一百米左右，共鋪設(shè)三十多層，每隔一米一層，或者說是寬兩百米、高三十多米共三十五層網(wǎng)格的立體養(yǎng)殖網(wǎng)箱，并進(jìn)行自動化設(shè)計(jì)。

由于二十四小時(shí)不間斷光照、深層海水營養(yǎng)豐富、二氧化碳?xì)夥食渥悖梢耘袛喈€產(chǎn)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的一噸干海帶，有望畝產(chǎn)兩、三噸，優(yōu)良品種更高，即每公里每年可獲得干海帶三萬噸，若建成自亞馬遜河口至波斯灣的管道網(wǎng)絡(luò)，其中經(jīng)過西風(fēng)帶的約一萬公里，年產(chǎn)干海帶三億噸;初步統(tǒng)計(jì)，光是西風(fēng)帶有此條件的區(qū)域可建一千萬公里(前景)，也就是說遠(yuǎn)景來說海洋中有可能達(dá)到每年三千億噸海帶的固碳能力。大量海帶、海藻可以作為海參、鮑魚飼料結(jié)合海魚養(yǎng)殖等這里不做討論，這些海帶、海藻可以作為糧食，也可制取甲烷、生物乙醇作為能源，更可以運(yùn)往南極這個(gè)巨大的天然冷庫儲存，以備災(zāi)年作為糧食、能源儲備，也等于封存了大量二氧化碳。不為人們注意的是，大量海帶等海藻運(yùn)往陸地消費(fèi)時(shí)，它從海中所吸收的磷、鉀等元素也被帶往陸地，完成磷循環(huán)缺失的彌補(bǔ)。

經(jīng)濟(jì)測算：養(yǎng)殖網(wǎng)箱每畝約三萬元(含LED補(bǔ)光燈等電氣設(shè)施)，每公里一萬畝約三個(gè)億，波浪能發(fā)電約五千萬元，高速管道系統(tǒng)每公里約一個(gè)億，連同深海水泵、海底城市等每公里造價(jià)共計(jì)約五億元，投資非常巨大，因此應(yīng)綜合開發(fā)，單純發(fā)展海洋牧場或海底管道貨運(yùn)、調(diào)水等投資回收期很長。

順便說明一下，解決南極運(yùn)輸不能只靠可在暴風(fēng)中起降的高速飛艇或破冰船舶，可設(shè)高速懸浮管道運(yùn)輸系統(tǒng)從阿根廷南端入海，為避開該區(qū)域夏季經(jīng)常出現(xiàn)的大型漂流冰山可設(shè)于德雷克里海峽一千米深處，千米深度再遭遇大型冰山的幾率就足夠小了，穿越海峽后在南極半島西側(cè)登陸，極地東風(fēng)作用下漂流冰山都被擋在南極半島東側(cè);利用高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)的巨大運(yùn)能運(yùn)輸進(jìn)出南極內(nèi)陸的物資。當(dāng)運(yùn)往南極的碳水化合物或二氧化碳封存量達(dá)到六千億噸時(shí)，大氣中的二氧化碳就會恢復(fù)到工業(yè)革命前的水平，如果海帶、海藻產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，作為能源、糧食儲存的產(chǎn)量遠(yuǎn)大于現(xiàn)有現(xiàn)有能源消耗量的話，甚至可以照常使用化石燃料而不用擔(dān)心空氣中二氧化碳含量的增加。

6.4：海洋中的水下飄浮城市的建立

占地球面積三分之二的海洋目前卻無人居住，因?yàn)楹Ｃ娌粫r(shí)有風(fēng)暴等各種惡劣海況，只有造價(jià)昂貴的巨型船只才能在風(fēng)暴中勉強(qiáng)生存下來，而且缺乏淡水、能源等生存物資，靠船舶運(yùn)輸速度極慢，不能滿足維持一個(gè)城市所需，因此大家寧可設(shè)想移居外星球也無法想象大規(guī)模移往海中居住，正因?yàn)檫@一瓶頸，所以在科學(xué)家們描述下的海洋開發(fā)前景誘人，卻一直未有大的進(jìn)展。

然而在海洋中的高速管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的建立卻將突破這些瓶頸的限制，在海平面三十米以下就已經(jīng)基本上避開了海面暴風(fēng)雨等惡劣海況的影響，我們設(shè)想可潛入水下的房屋群在風(fēng)暴來到前幾個(gè)小時(shí)下潛并臨時(shí)定位于水下五十到一百米處，要抵抗深水壓力的房屋最好是圓筒結(jié)構(gòu)，充分利用材料的抗壓性能，實(shí)際上陸地上的大型城市下水管也是按這樣的壓力設(shè)計(jì)的，四米直徑每米造價(jià)大約兩千元到四千元，也就是說壓力容器或管道式的海中懸浮居住系統(tǒng)的造價(jià)甚至遠(yuǎn)低于陸地房屋的造價(jià)，因?yàn)樗袘腋》课莶恍枰拐穑虼烁畠r(jià)、更易于成批建造。

水下房屋群設(shè)計(jì)為容重略低于水，例如浮力與重力的比例為10:9，靠拉索與張力腿平臺相連固定于水下，在風(fēng)暴較少的區(qū)域，平時(shí)房屋可升出海面，工作生活與水上人家沒有什么大的區(qū)別，只是在暴風(fēng)來臨時(shí)再通過張力腿平臺拉索收緊張拉潛入水下五十米以下以躲避風(fēng)浪襲擊，通過通風(fēng)系統(tǒng)從海面收集空氣或使用生產(chǎn)的氧氣。至于交通，可使用高效流體減阻技術(shù)設(shè)計(jì)出來的高速太陽能飛艇、高速潛艇等，也可部分使用船舶。

請注意這一海洋生態(tài)系統(tǒng)在海平面以下數(shù)百米深處，對表層海水來說是相對封閉的，也就是相對獨(dú)立的，不受大氣層中各類災(zāi)害的影響，與南極冰下城市一樣可以起到“末日避難所”的作用。

6、5：共同開發(fā) 不論是開發(fā)南極還是南冰洋、其他西風(fēng)帶海域，都不是一個(gè)或幾個(gè)國家的事情，建議以聯(lián)合國名義進(jìn)行開發(fā)，所得巨額收益也可沖抵聯(lián)合國會費(fèi)，用于解決難民問題、聯(lián)合國軍的軍費(fèi)、基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)等聯(lián)合國事物，并使聯(lián)合國擺脫少數(shù)國家操縱向“世界政府”邁進(jìn)。

結(jié)束語：由新型電動汽車一直談到南極開發(fā)、海底城市，看起來扯得很遠(yuǎn)，實(shí)際上這些都是一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體，不解決水資源問題發(fā)展能源草就是一句空話，不指明磷循環(huán)缺失的補(bǔ)救方案，農(nóng)林專家很快就會指出磷礦石馬上在數(shù)十年內(nèi)面臨枯竭，哪有不顧糧食安全反去種草的道理?只有看到阻礙能源草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸都消失了，大家才會相信生物質(zhì)能尤其能源草才是未來汽車真正的能源。

還是用上一篇文章的那句話來結(jié)尾吧：創(chuàng)新就應(yīng)該允許、鼓勵大膽設(shè)想、嘗試，許多改變世界的發(fā)明一開始都是看起來顯得離經(jīng)叛道、荒誕不經(jīng)的瘋狂設(shè)想，沒有一個(gè)是循規(guī)蹈矩、按部就班設(shè)計(jì)出來的;有些事情就得有人先做，謹(jǐn)懷拋磚引玉之心，也借此平臺尋找志同道合的同路人。