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《新工业革命》第二章 科技的力量(12)

新工业革命 作者:(美)彼得·马什


与16世纪的老式风车相比,帕森斯研制的首批涡轮机提供的能量并没有显著增加。尽管如此,帕森斯还是说服了很多企业家安装涡轮机。1890年,第一个使用蒸汽涡轮机的商业发电厂在纽卡斯尔建立,发电厂使用一对75千瓦的涡轮机发电。此后,随着世界各地越来越多的公司开始研发自己的涡轮机,涡轮机取得了迅速发展。自从可以大规模、稳定供电后,小至灯泡,大到工业设备,很多人工产品都依靠电力提供能量。1931年帕森斯去世时,一台基于他的最初构想设计的蒸汽涡轮机可发电70兆瓦特(7000万瓦特),几乎是帕森斯设计的第一批涡轮机发电量的1万倍。1900年,电力仅满足美国制造业5%的能源需求,而到1950年,这一比例上升至70%。廉价、便捷、大规模的发电方式是众多广泛应用的通用技术之一,这些通用技术共同对世界的发展产生了巨大影响。

与帕森斯发明的蒸汽涡轮机相比,现代社会最先进的涡轮机是燃气涡轮机。燃气涡轮机不使用蒸汽,而是利用热燃气形成的、快速流动的气流驱动轮子发电。热燃气由燃烧的天然气产生,主要成分是空气、二氧化碳以及燃烧反应产生的蒸汽和其他物质。由于热燃气的能量承载能力优于蒸汽,所以燃气涡轮机的效率高于蒸汽涡轮机。现在,燃气涡轮机是最常用的、利用化石燃料的发电机。20世纪20年代,弗兰克·惠特尔爵士的研究成果推动了燃气涡轮机发电技术的发展。1930年,英国工程师弗兰克·惠特尔获得了航空喷气发动机的专利。喷气发动机是一种提供推进力的燃气涡轮机(由柴油或其他类似燃料提供动力)。惠特尔的基本设计原理是世界三大顶级制造商(通用电气公司、美国普拉特·惠特尼集团公司、英国劳斯莱斯)生产的喷气发动机的核心部分。

1939年,布朗·勃法瑞公司在瑞士的纳沙泰尔建立了世界上第一家燃气涡轮机发电厂。布朗·勃法瑞当时是瑞士一家工程公司,50年后,该公司和瑞典的阿西亚公司合并为ABB集团。现在,ABB集团是全球最大的电气工程集团。当时的燃气涡轮机发电量为4兆瓦,运营效率为18%。(运营效率指系统以电力的形式输出的能量和以天然气形式输入系统的能量之比。)相比之下,2010年销售的燃气涡轮机体型更大、效率更高。四大燃气涡轮机制造商分别为通用电气、西门子、法国阿尔斯通和日本三菱重工,它们研制的最新款燃气涡轮机的发电量为300兆瓦,运营效率为60%。燃气涡轮机在体积和效率方面的改进在电价上有所体现。1900~2000年,美国经济整体处于通货膨胀状态,据此美国居民用电价格几乎下调了94%。1950~2000年,乘客乘坐飞机飞行固定距离的费用也下降了类似的幅度,主要原因就是引擎技术的发展。


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