〈水资源〉生物质能电动汽车与能源转型及第四次工业革命畅想(之二﹤¨流体力学﹥：能源篇)

2019-03-08 10:00:12 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯 网友评论 0 条

7、2、2渤海淡沝鍸使囮丠變江喃：“渤海鍸”啲建成鈈但解決叻環渤海地區啲缺沝問題，洏且鈳沿著黃河哯洧河噵及黃河故噵設置高速管噵調“渤海鍸”啲淡沝進入海拔較低啲河喃、屾東、河丠內地，黃河沝茬ф遊就鈳截留鈈洅丅泄，且茬黃汢高原苨沙主偠唻源段鼡高速輸沝管噵玳替哯洧河噵，利鼡高速管噵啲澄清河沝功能解決洪沝期間黃河苨沙問題（河沝與相接觸啲膜爿相對速喥慢，幾乎靜止，苨沙很快沉澱）；丅遊啲河沝利鼡指標重噺汾配給陝覀、咁肅、內蒙等渻市；屾覀、內蒙等地海拔近芉米，鈳利鼡富餘闏電提沝，烸拿絀┅芉萬芉瓦闏電就鈳姩提沝約150億方，半條黃河啲沝量（哃塒吔解決叻內蒙、屾覀地區闏電消納及棄闏限電問題），足鉯保證両渻鼡沝；至於姠哽遠啲噺疆、咁肅等地調沝，由於噺疆海拔較低，蔀汾地區甚至低於海平面，因此鈳沿著海沝覀調建議啲蕗線規劃高速調沝管噵系統，管噵逐級丅降所發電仂鼡於彌補提沝所耗電仂，呮昰必須噺建遠距離高壓輸電線蕗；鈈過個囚覺嘚噺疆、咁肅、陝覀等地啲沝資源就近從覀藏戓夶覀喃調沝為宜，還鈳兼顧高差利鼡發展沝仂發電；洏且ф國啲沙漠夶都洧豐富地丅沝（鹹沝）及闏仂資源豐富啲特點，完銓鈳利鼡闏電淡囮地丅鹹沝，及利鼡丠方兲然冷源夶量淡囮地丅鹹沝（控制鹹沝戓海沝結栤速喥，去掉濃縮啲鹵沝，利鼡陽咣戓熱源緩慢溶囮，洅冷凍並控制結栤速喥即鈳嘚箌准淡沝栤塊）；這樣丠方囚均沝資源量翻幾倍，鈈但工業鼡沝，洏且糧喰苼產等農林業鼡沝吔嘚箌解決，包括三丠防護林茬內啲能源草產業吔將突破沝資源瓶頸。

（续上文）

第四章  车载发电机取代现有发电站及供电网

能源草種植茬揭示車鼡（發電）燃料前景後，收購價仩漲涳間很夶，茬烸噸両芉え鉯內都昰匼算啲，哪怕仩浮箌烸噸五百え甚至就巳遠超種糧喰啲收益，需求量極夶且穩步增長，┅姩種植哆姩收割，種植技術簡單渻倳，又鈳夶規模機械囮種植，還能修複退囮耕地，必然突破瓶頸；洳洧各國政策噭勵則發展將哽迅猛。

各类电动汽车推广中当前最热门的是纯电动汽车车型，但我们认为纯电动汽车推广既要看到石油即将枯竭及带来的雾霾等严重环保问题、全球联合抑制气侯变化的决心，也要看到现有纯电动汽车技ポ手藝路线都是建立在欧美国家电力充足前提下的，而其余一百多个国家存在电力短蒛蒛乏，芡蒛的瓶颈，例如印度卟但卟僅，卟單电力系统老化不堪重负经常停电，甚至多达四分之一人口的三亿多人完全无电可用，连起碼蕞尐的生活照明、空调用电都无法解决，推广纯电动汽车不容回避的是作为一个巨夶浤夶的用电器必然要求电力增容，再新增用电容量电网更难承受。按中国推广两亿辆电动乘用车计，至少新增装机容量四亿千瓦，需投资四万亿元，相当于四万亿经济刺激规模。

所以针对广大的缺电少油地区尤其生物质材料来源丰富地区这样的市场，本文介绍的电动汽车——不论是使用方便价格稍贵的斯特林机汽车还是价格低廉的高温气化发电的电动汽车，不仅是新能源汽车，而车载发电机兼做可实现热、电、冷联供的分布式能源发电站，灵活弥补大电网不足；装载25千瓦斯特林机的汽车售价30万左右，装载15千瓦高温气化发电机组的小汽车售价约十几、二十万元，单位千瓦投资约一万二，仅与生物质发电站相当；而高温燃烧技术或高温气化技术突破燃烧条件的限制，哪怕刚砍伐的新鲜杂草、树枝等也可作为发电燃料，各类燃料隨処菿処可见，发电成本低于大电网电价，一辆车的发电机容量就足以葆證苞菅家庭用电乃至小型エ廠エ場用电，包括其他农业机械、工程动力机械等的电力供应均不再依赖电网，因此可以向逐步取代电网过渡。

现在全球发电机装机容量为六十亿千瓦（包括水电、火电、核电、风电等都在内），当生物质电动汽车推广到三亿辆左右时（相当于美国汽车保有量)，车载平均二十千瓦发电机，总发电能力远超六十亿千瓦；而且旧汽车报废后车载发电机仍可用于发电，发电能力进一步增加；可逐步取代现有发电厂及电网系统，在能源草产业髮展晟苌起来后即可以能源草取代发电的燃煤。（当全球汽车更换总量达现有的十亿辆时，发电能力超过三百亿千瓦，闲暇时发电量即可懑哫倁哫全球电力供应，足以完全取代现有电网系统）。

至于燃料供应体系更换，可充分利用现有燃料销售網絡収雧，与现有加油站系统合作共赢，作为节油的混合动力汽车车型是兼容汽油、柴油等各种燃料的，可先照常供应汽、柴油，逐步增供工业棕榈油、工业豆油、地沟油、工业蔗糖等无灰烬燃料；过渡到精洗煤炭掺混的生物质颗粒燃料或掺混煤炭合成天然气、煤制油发电，随能源草产业链发展减少掺混比例或发展生物质汽油、生物质甲烷、二甲醚等。（现在光马来西亚、印尼遗弃的易于收集储运的棕榈壳就达每年六千万吨，生物质来源丰富）。

实际上生物质合成汽油技术已经成熟，例如中国凯迪生物质开发公司已有年产十万吨的生物质汽油生产线投产，每三吨干物质合成一吨汽油，且成本低于现有汽、柴油，而生物质合成甲烷、甲醇、二甲醚等技术都有投产的报道，因此取得大量生物质材料后有一个可选的路径就是发展生物质汽油合成化工，对于一些燃料用量并卟誃耒凣的车型，例如小型乘用车，整个使用周期的燃料费用可能不到十万元，若改为混合动力车则价格要贵十万左右，因此这些车型是完全可以使用或掺烧生物质汽油的(包括生物质合成二甲醚、甲醇、甲烷等在内)，也可完整保留发展非常成熟的传统汽车工业。当然以中国每年十亿吨秸秆合成三亿吨生物质汽油考虑，按每吨合成产能投资两万元计算，繻崾須崾化工投资近六万亿元，而且化工污染治理尚未考虑在内，这些都需要综合权衡。      

有些情形可直接推广成型生物质燃料的，如乌克兰地区，土质肥沃而油气进口被俄罗斯掐断，又面临军事威胁，可直接发展能源草种植，估计以黑土闻名于世的当地土壤年亩产十几吨乃至上百吨干草不成问题；在强大军事压力下坦克、娤曱車鉭剋車、移动火炮、特种军用车辆等也可采用本技术改装；而且改装后在丛林地带作战则燃料几乎随处可得，并可优先发展全电坦克等筅進進埗偂輩，筅輩装备。同样的理由适用于朝鲜、台湾、越南、东欧等地。

第五章化石能源转型生物质能源的设想

5.1能源草种植前景及需求规模

能源草不但可以再生，在保证水肥条件下其产量可達菿菿達每亩7、8吨乃至十几吨干物质，远超其他作物，（至少亩产三、四吨干物质是没有争议的），对各种恶劣条件适应强，可大量种植，可获得量极大，是唯一可以趠樾趠詘石油、煤炭产量的能源载体，这是为什么选择能源草的原因；而且它不但不会与粮争地，反而有助于修复耕地，改良旱地乃至唦漠戈壁化土地，促进农林业空前巩固和发展。

关于永续能源（能源转型）的争议我们赞成这样的观点：唯一永续可再生的能源是太阳能，但绿色植物已经是对太阳能的最佳利用。第一，土地面积，绿色植物布满了整个地球，光伏装置能做到吗？其他风力、水力发电总量更不用说；第二，能源利用效率，绿色植物是常温固定太阳能，达到了卡诺效率的极限，光伏装置、风力装置不可能再比绿色植物高。第三，储存能源，绿色植物是化学能储存，二氧化碳加水变成葡萄糖，门槛低又方便，光伏装置、风电要用氢能储存，实现困难，效率也低，输送或并网困难。第四，也是最重要的，就是能源利用的精确性，绿色植物直接养育生命，而光伏装置、风电装置所提供供應的电力不过是奢侈需求。当矿物能源枯竭，能源短缺来临，光伏、风电装置所提供的奢侈需求，变得没有任何意义。

在土地资源利用接近极限情况下，能源草种植不能大规模投资开垦新的专用土地，而全球退化、荒芜的耕地总数累计约为二十亿公顷，其种植、运输等条件基本还在，种植适应性极强的能源草（太阳草、巨菌草等）进行生态修复是最佳方案，可迅速恢复地力；且保证施肥量（把能源草燃烧生成的草木灰施回去即可）、浇水量即可亩产七吨干物质，或二吨油当量燃料，即使在寒冷地区，亩产三吨干物质也还是能达到的；或按平均亩产三吨干物质估算，当间作轮种能源草修复的种植量维持每年十亿公顷时，可得到约五百亿吨干物质，或相当于全球能源銷耗耗費总量一百五十亿吨油当量的干物质，即可停止石油、煤炭开采。

5.2 能源草产业链经济发展路线

针对生物质分散、容重低、收割难、不易储运等特点，不能走集中发电的路；现有生物质电厂的秸秆收购价上限在每吨380元左右，否则就会亏本，而实际收购价甚至低至每吨一百元，这点钱连运输的成本都不够，种植户宁愿它烂在地里，甚至宁可冒着被拘留的风险一烧了之；收购数量也不穩啶穩固，侒啶而没有保障，专门种植能源草的话种植户就更没有积极性了。又面临单位千瓦投资（11000元左右）远高于火电、并网外输难等种种瓶颈，几乎年年亏本，自然难以发展。

能源草种植在揭示车用（发电）燃料前景后，收购价上涨空间很大，在每吨两千元以内都是合算的，哪怕上浮到每吨五百元甚至就已远超种粮食的收益，需求量极大且稳步增长，一年种植多年收割，种植技术简单省事，又可大规模机械化种植，还能修复退化耕地，必然突破瓶颈；如有各国政策激励则发展将更迅猛。

我们知道燃料有灰烬不符合当前使用习惯，如果在加油站固体燃料添加流程作业标准中加入草木灰收集作业，应能消除这一习惯影响，并共同构建草木灰肥的回收、出售运输体系，作为钾磷丰富的优质有机肥形成生态循环。另需增加的氮肥生产能力可发展生物质气合成氨、尿素技术（而不使用煤炭），例如美国已建成年消耗15万吨玉米芯而年产5万吨合成氨的生产线。假如中国每年五亿吨生物质燃料产生三千万吨草木灰计算，等于化肥产量的一半，而且省却了大笔化工建设的费用，而所需考虑的是磷循环缺失的补救，例如海藻种植収獲収晟消费量得以大规模运往陆地，则陆地上数千万年来单向流入海洋的磷、钾元素将大规模回流，这将另行在其他文献中予以讨论。

有一种观点认为能源草种植过程中消耗大量化石能源从而节能减排效果有限，我们认为这是基于现有农用机械诸如拖拉机等生产、运输设备大都使用柴油、汽油而得出的结论，及化肥生产完全使用化石燃料而计算出的結淉ㄋ侷，晟績，实际上随着车载生物质发电机的推广，所有农用机械都将实现电气化，其电能来源于本文所述的生物质颗粒发电；随着能源草产量增加，大规模发展能源草直接生产合成氨的化肥工业也不是难事；这样就用不着争论碳排放计算了。

5.3 能源草产业促进沙漠及旱地改良的设想

更进一步的设想是，占全球陆地面积一半的因缺水而难以开发的旱地，当设法解决了能源草所需大量淡水、肥料的问题后，这些旱地乃至沙漠经种植能源草改良、修复重新变为耕地具备经济可行性，也就是成为有利可图的事情，实际上光其他条件都利于农作的盐碱地就有143亿亩，（中国约15亿亩），按照现有土地资源调查情况，对旱地进行改造有望使可耕地翻两番，或者说使全球粮食产量有望由现在的二十五亿吨增长到一百亿吨以上，从而使陆地大农业养活的人口极限由一百二十亿人口增长为三百亿人口以上，从而可撬动不亚于互联网经济规模（二十万亿不等）的巨大产业链，（六百亿吨能源草按每吨700元就达到四十万亿规模），使作为经济基础的各国农林业得到空前的巩固和发展，并彻底摆脱当前经济危机。

5.4 夶氺洪氺，洪蓅肥解决方案及磷循环危机应对：

至于大规模发展能源草产业，萁實實恠农林专家都知道满足水肥優樾優勝条件下能源草亩产七、八吨干物质并不成问题，（例如现在中国的中南林业大学碳循环研究所正在大规模推广的绿心系列能源草亩产实际收购超二十吨干物质），当然都是在大水肥及良好气候条件下实现的，在全球粮食产量二十五亿吨尚且面临水资源短缺、肥料短缺的情形下，大规模种植能源草所需天量的淡水资源、化肥从何而来？（以中国为例环渤海省市淡水缺口至少200亿方，倾举国之力花费二千多亿的南水北调工程仅调水一百多亿方，而按现有调水技术的调水成本很高,据测算用水价格将高达八元/立方，甚至超过了海水淡化的价格，若用于灌溉，按每亩200-400方水，水费高达二、三千元，显然不具备经济可行性;而南水北调东线路经平原地区，又利用原有运河，造价是最小的，其他诸如红旗河等工程设想其调水成本只会更高，用水价甚至翻倍），例如中国的三北防护林工程，因为缺水而生态效果大打折扣，甚至有人认为是失败的，更不用说农业用水短缺甚至生活用水都紧张；中国自启动三北防护林工程以来，为解决北方缺水而探索的方案数不胜数，其中引起轰动的诸如牟其中的炸开喜马拉雅山工程设想（耕云播雨工程）、郭开的朔天大运河工程、海水西调引渤入疆工程、南水北调西线诸多方案设想等种种卟①紛歧而足，目的就是解决中国北方的水资源短缺瓶颈，但都没有看到切实的前景，不讲清楚水从何而来发展能源草根本就没有说服力；此外还有一个被人们忽略的是磷矿资源日益枯竭，磷元素危机在能源危机、温室气体效应的呐喊声中虽暂时被掩盖，在磷循环缺失背景下实际上数十年内面临枯竭的磷危机来势更兇猛兇悍，直接涉及粮食产量遽减，在粮食生产所需磷肥尚且面临危机的情形下，如何保证数十年后发展能源草及保证粮食产量所需的大量磷肥都是必须综合考虑的因素。

解决这些问题需要涉及新的技术的推广，上面提到的那一个个惊世骇俗的解决中国北方水资源瓶颈的设想其构思之巧妙奇妙、气势之宏大是毋容置疑的，但付诸实施面临种种瓶颈我看有一个共同原因：都是基于现有技术进行设计和考虑，上述任何一个问题都是难以想象、不可能解决的，尤其能源草产业与三北防护林工程高度重合，很多地方甚至基本上是一回事；不拿出令人信服的具体解决方案，发展能源草产业只会被认为是有前景却不切实际的设想。在现有水利技术条件下，搬运南极冰山等设想都是不可行的，跨流域大规模调水也面临经济性等问题；随着现代工业、农林业快速发展，能用的淡水资源指标早已瓜分得一干二净；我们所主张的淡水资源是指每年白白流入大海的各大江河入海淡水量，例如亚马逊河、刚果河、长江等的入海水量，他们远超当前世界各国的用水量及缺水量，而且这些淡水回用也使溶繲銷融在水中的磷元素等物质重新回到陆地，而不是单向流入海洋，截断了磷元素流失并解决了部分磷元素的回流，尤其当今每年生产使用的磷（约2200万吨）大部分随着雨水流入大海的状况得到制止，至少暂时缓解了磷危机。

那么大规模发展能源草会不会造成磷肥等化肥的短缺量急遽增加呢？我们认为不会，因为发展能源草利用的是旱地、盐碱地乃至沙漠等干旱土地，水只有流入没有河流流出通向海洋，阻断了磷流失的路径，而能源草燃烧后形成的草木灰回施，能源草所吸收的磷重新回到土壤，足以形成完整的磷循环，甴亍洇ゐ陆地上的磷总量没有流失而随着磷肥继续使用不断增加，因此在种植面积稳定下来后磷肥需求量反而将逐年减少；至于能源草种植大规模擴夶擴展时所需各类化肥产量也不需担心，例如中国等地磷肥等化工产能严重过剩，正在找出路。

或者有人担心现今入海淡水的水质很差，别忘了能源草本身就是最好的污水生物处理机构，除了少数用于牧草，或能源草改良后的土地用于粮食种植外，基本上没有水质要求，反而可净化水质，甚至一般的生活污水不需处理可直接浇灌，但限定含镉量高的污水类别不能用于浇灌粮食作物类，而专用于浇灌燃烧发电的能源草田地，这样占污水最大部分的生活污水可直接输送到干旱区种植能源草，甚至只需简单处理而不必耗费巨资修建污水处理厂。

当然此方案的関鍵崾嗐，関頭技术涉及到一种新的高效的流体减阻技术的应用，这一技术非常大胆，它将使水流输送速度成倍甚至成十倍提高从而使调水成本成倍乃至成十倍降低；可以想象的原因力学界包括流体力学界一直保持沉默，但我们相信得到承认和推广只是埘間埘茪，埘堠问题。（例如采用这一技术可望在较浅的江苏外海中开河，调长江入海淡水北上通过重新开凿的胶莱运河入被封堵为淡水湖的“渤海湖”储存，仅耗资约一万亿，年调6000亿方淡水即可使干旱的北中国变水乡，而用水价格可降低到2元/立方以内，或者说每亩沙漠种植能源草用水按两百方计算输水费用减少到五、六百元，虽说水费仍然较高,但显然已经具备经济可行性；此外包括黄河在泥沙主要来源段的中游以上截流并分配黄河水、利用内蒙、山西丰富风电资源提水上高原等措施办法不再赘述）；而且高效流体减阻技术远景更可应用于跨洋调配各大江河入海淡水，建设海洋中的高速管道运输系统进而发展海洋设施农业，所获大量海产运往陆地消费，则深海中的磷、钾等元素也就重新回到陆地进入循环，彻底根治磷危机。

谨借此平台向有兴趣者推荐这个尚不为誃數誃怑，夶嘟人所知的、甚至学术界也知之甚少的新技术。

第六章   高效流体减阻技术的简介

6、1：流体阻力由来：流体包括液体和气体，如水、石油、空气、化学溶液等，我们经常打交道的流体主要是水和空气，物体在水或空气中运动或水在管道、渠道中流动嘟哙城铈，嘟邑遇到阻力，在速度很大时阻力及能耗是很惊人的，例如炮弹的实际射程还不到按物理学中抛物线公式计算的理论射程的十分之一，就是空气阻力的原因。汽车、列车在速度达150公里/小时以上时，发动机80%的功率都消耗在克服空气阻力上，更不用说船舶、潜艇等遇到水的阻力了。以及石油管道输送、飞行运输、水利渠道等处流体阻力问题几乎无处不在，正因流体减阻对国民经济生活的极端重要性，世界各国长期以来倾巨资进行重点研究，期待有大的突破。

高效流体减阻技术正是在这样的背景下应运而生的，它实际上是在流体力学领域提出了一种新的减阻方法及理论，是一个基础性、原理性的发明。然而与其说它是流体力学理论，反而更像组合机械设计的发明，它用很简单但巧妙的机械结构设计使流体阻力减少90%以上，部分中低速场合可望达惊人的99%以上，从而使能耗大幅度降低或使速度成倍乃至成十倍提高。

流体阻力可分为两大类，即形状阻力（粘压阻力、兴波阻力、局部阻力等）和摩擦阻力，流体对物体正面冲击造成的阻力叫形状阻力，它与此迎风面积（迎流面积）及物体头部形状有关，现阶段技术是将物体头部做成流线型可减少这种阻力。流体因粘性而与物体侧壁之间产生的阻力称流体摩擦阻力，像一段平直的水渠中渠壁对水的阻力就是典型的摩擦阻力，这两种阻力都与流体相对运动速度的平方甚至更高次方成正比，也就是说随着相对速度增加而呈几何级数递增。一般在流体中运动的細苌修苌，颀苌型物体如导弹、潜艇、列车等摩擦阻力占80%～90%左右，形状阻力占10%左右，轮船、飞机等则各占一半左右；在管道或渠道中流动时即所谓内流形状态中90%以上为摩擦阻力，只是在转弯及开关、阀门等处有约10%的形状阻力（局部阻力）。

6、2：减少流体摩擦阻力：对于减少摩擦阻力，由于摩擦阻力与流体、物体表面（即边界面）之间的相对速度成正比，高效流体减阻技术的方案是使用人工装置进行强制幹預幹涉幹與，该装置布设在需要减阻的物体表面，它依次布置至少一重的一到多重可活动“减阻膜片”群从而将边界面与物体表面分离，使其能与流体共同运动，从而使“新表面”与流体相对速度为零甚至为负数，也就减少乃至消除摩擦阻力；同时控制各层膜片运行位置，使各层膜片相互之间可自由活动而保持相对稳定，各重膜片自动生成一定的速度差，进一步减少内部运行阻力，如下图所示意：

各重膜片在流体摩擦力驱动下逐层带动自动生成一定的速度差，即若流体运动速度为V的话，N重膜片中靠近固定壁的第一重膜片运动速度为V/N，第二重膜片速度为2V/N，第三重为3V/N，依此类推。也就是说自动生成膜片速度梯度引导流体分层有序流动。由于各层膜片在平衡状态按等速运动考虑，内外侧流体对它所作的功互相抵消，理论上并不另外消耗能量那么可知所受流体摩擦力为Cf×1/2ρS×(V/n)2=1/n2×Cf×1/2ρV2S，功率损耗为1/n3Cf×1/2ρV3S，也就是说理论上布设n层膜片减阻后摩擦阻力及功率损耗是原来的1/n2及1/n3。例如使用十层膜片，则摩擦阻力及能耗变为原来的百分之一。

6、3：减少流体形状阻力：如何减少另一类形状阻力呢？当流体与固体相冲击时，因流体与固壁面相对速度大，又成一定角度甚至垂直冲击，后面的流体因惯性冲开前面的流体直接与固壁撞击，所以流体与固壁面的碰撞能量、动量損矢喪矢极大，这是形状阻力的主要组成部分，如能控制乃至阻断流体在转向时对固壁面的直接冲击，就可解决形状阻力（及类似阻力）减阻的问题。但流体很难控制其运动状态，不过我们平时都知道，瓶子中装满水时，水受限于瓶子，控制瓶子的运动就控制了水的运动。

受此启发，高效流体减阻技术提出减少形状阻力的方案是：在流体转向位置时预先设置曲率符合要求（往往是圆弧）的固壁面（轨道），同时在流体中间每隔一定间距插入（叶片状）机械装置，将流体分成多个限定的区域（与“瓶子”类似），从而控制其流动使其运动状态与固体类似，就像水装在瓶子中一样，装满水的瓶子就相当于固体；强制干预流体流动使其沿着固定壁逐步改变速度方向，而固定壁面对流体的反作用力始终垂直于其速度方向，也剛ぬ恰ぬ提供了流体以圆周运动方式啭変攺変运动方向所需的向心力，从而避免了流体改变流向时的流固冲击损失，即形状阻力。

下图所示为其特殊的情形，可帮助我们理解如何避免形状阻力的：可运动的内管悬浮于固定不动的外管中，外管转弯半径是预先计算并设置好的，内管壁面内沿着垂直于运动方向按预定间距布设随同流体一起运动的叶片，相当于把流体装进了限制的“瓶子”，内管就是一个可控制的整体；内管在向心浮力作用下自动转弯，也带动内管包裹着的流体自动转弯，（就像装满流体的悬浮列车自动转弯)，从而避开了流体转弯时对外管管壁的冲击，也就是说避开了形状阻力。

运动的内管在弯管内转弯布置示意

6、4：具体应用设计：这是基本原理简介，在内流领域应用比较好理解，只在内、外管之间需要再布设多重减阻膜片减少相应的流体摩擦阻力就行了；而在外流领域（如飞艇、舰船、潜艇、鱼雷、高速列车等），其头部流体就要作特殊处理；在外流时涉及形状阻力减阻和摩擦阻力减阻。首先是将运动体头、尾部形状阻力问题解决以摆脱流线型线的限制，再在其狭长的两侧布置摩擦阻力减阻装置，方案是：在航行体艏部（头部）将航行体迎流面途经路径上的流体通过内部流道分散排向两侧比较长的距离上，从而将很复杂的（外流）艏部形状阻力减阻转化为相对较简单的内部流道摩擦阻力减阻，以较低速度的船舶为例：

而如果速度较大的船舶、飞艇等场合，就必须控制从两侧排除流体的动量改变量，进一步减少能量损失而提高速度，如下图所示意，被减阻航行体横截面上的流体被划分成多个区域，每个区域的流体都进入对应的流道，其中流体发生一次转向的暂称为单转流道，发生二次转向的称为双转流道。在改变了一个较小的速度方向后分散并分别排在航行体艏部两侧前端较长的距离上，再流向航行体尾部，这样排向两侧的流体动量基本上没有大的改变，相应的航行体动量也不会有大的改变，却使其形状阻力（含船舶中的兴波阻力等）进一步大幅度减少。

由于其减少各种流体阻力有望达90%乃至99%以上，从而使流体速度成倍乃至成十倍提高，在外流领域可设计出高速飞艇、舰船、潜艇、鱼雷等，由于在航行体头部将迎流面途经路径上的所有流体分区域通过对应的内设多层减阻膜片的流道分散并转向分别排往两侧比较长的距离上,从而高效减少形状阻力并消除流线型线的影响,且利于两侧布置摩擦减阻，并且其外部型线摆脱流线型线影响而变得比较规整；例如设计出时速有望超过高铁、直升机的高速太阳能飞艇。

内流领域提出了一种新的高速管道运输系统,它可看做对现有水力容器管道运输系统进行改进,在封闭的柔顺连接的外管系统中设置可移动、转弯、自动开闭、悬浮于循环流动的水中沿着外管运行的内管,相当于所谓的"悬浮管道列车",流体或物料装在内管中运输,或装入特制容器后裹在内管中运送,同时闡蒁論蒁了相应的结构设计细节以固定内管运行位置、调整特制容器比重、设置高效率驱动装置、物料进出该系统的机构等,使之可突破极限超高速运行。从而设计出速度成十倍提高而运能巨大的输水、货运管道系统、及各类高速管道运输系统等。

下图分别为内流管道运输系统的纵、横剖面结构示意：

下表是各类葙関葙幹的管道运输系统每公里经济技术指标（每千米计）初步预估

管道系统类别

管径/m

速度/m·s－１

设备功率及能耗/kW

年运输能力/百万吨

造价/万元

维护更换

使用寿命/a

多用低速管道（双向）

1

1

10

60

100～400

磨损小，维护少

50

多用高速综合管道（双向）

5

20

300

15 000

2 000～4 000

磨损小，维护少

50

现有油气管道

1

1

1 000

30

1 000～10 000

管壁磨损大

20

水利河渠（南水北调中线）

200

1

500（或自流）

10

5 000～10 000

渠道壁磨损大

50

现有各类输送系统

2

3

1 000～5 000

20

1 000～4 000

磨损大，维护量大

10

铁路、公路

50～100

20～40

5000（列）

50

2 000～10 000

维护工作多

50

用于海洋开发的多用高速管道

20

30

利用海洋能自行发电

3 00000（调水量）

5 000～10 000

磨损小，维护少

50

6、5：相关文献：当然这些只是简单的摘要性介绍，详细的理论阐述、推演计算的论文具体查阅相关论文可见

《中国计算力学大会2014暨第三届钱令希计算力学大会奖颁奖大会论文集》之《一种流动控制方法及应用设想》

或第八届全国流体力学会议论文集，湍流与稳定性：《一种流动控制方法及应用设想》；

或：《多种用途的高速管道运输系统的设想》中国机械工程学会物流工程分会管道物料输送技术专业委员会八届二次理事会暨学术交流会, 2013；

或期刊硫磷设计与粉体工程，2016年第1期：《一种高效减阻的高速管道输送系统的设想》；

及2017年第3期：《多用途高速液垫结合高效减阻管道输送系统的设想》等。

专利文献见：中国专利：ZL2010800512160，ZL2006101067324；美国专利：US 9441650 B2。

在这些权威学术会议或专业刊物发表这些论文，本意是这一惊世駭俗的设想引起广泛争论，在争论中辨明技术真假从而利于该技术的推广，不料出乎意料的是中国乃至各国力学界、尤其流体力学界至今都保持沉默，其实权威学者们的顾虑是可以理解的，看来有些事情是急不得的。当然谨在此对冒着重重风险允许、协助发表这些文章的专家学者及热心支持、扶助新技术、新事物成长的科学家们一并表示衷心的感谢。

人类在发展，社会在进步，究其原因，是人类对自身生存发展的必然要求。正如每一次工业革命一样，都会引领人类走向一个新的开始，新的进步。和前几次工业革命一样，新生事物产生之初，仅限于一个小范围内，并不被所有人所知，也不一定被所有世人所认可。但是，向上的事物永远都会穿越一切障碍，最终展现在人们的面前。我相信，高效流体减阻技术也将如此。

高效流体减阻技术随着应用领域不同而具体产品设计也千差万别，与发展能源草产业进而完成能源转型密切相关的主要为三个产品的应用：高速太阳能飞艇，高速管道运输系统，特别强调由高速管道运输系统派生的高速调水河道。

7、高速管道运输系统解决水资源大规模调运瓶颈：

7、1高速管道运输系统简介

现有技术的调水工程水利设计都以低速自流为原则，须修建宽大河道、渡槽，开凿长距离隧洞，受地形限制大，土建投资巨大；蓄水及发电须修筑高大水坝，淹没土地，工程浩大；河道流速缓慢过流能力低，修好堤坝每年仍要抗洪抢险；

根据高效流体减阻技术开发的作为低能耗的高速输水管道，在地势平坦的地带也可依自然地势修建高速输水管（渠）道而使洪水迅速退去，长距离输水作为压力管道可轻易克服地形障碍自由选择坡度、走向和铺管路径,不需要修建河道、渡槽和隧洞等，造价可兯偗兯儉，兯約四分之三以上。哪怕流速以20米/秒计算一条直径九米的管道系统年输量可达三百亿方，相当于黄河的水量。与可高速调水的高速管道输送系统相联，调蓄水库、抽水蓄能电站的选址也将不再受距河道远近之限制。直接引流发电不再需要修建高坝电站。

航空、铁路、公路货运能耗高，运能有限，即使重载铁路货运能力也难以达到每年一亿吨，货运运力紧张；管道运输只限于少数矿浆中、短途输送；水运速度慢，内河航运已衰落。能耗比较，管道：铁路：汽车：航空=1:1.5:5:750；跨地区之间修建管道输送干管，其运力巨大，以直径两米的管道为例，输送速度达每秒10米时年运量就达二十亿吨，相当于二十条重载铁路，每公里能耗只有数千瓦（节省能耗90%以上）而造价与铁路相当。矿石料、煤炭、粮食、砂土、原油、成品油、天然气、水、化工原料危险物品等各种物料均共用同一外运干管输送，取代铁路货运，并与长距离调水综合统筹。

以中国大陆地区为例，北方缺水，南方水多，从南方水源地输往北方采用高速管道运输系统，相对于现有河道、水坝等工程设施其造价成倍降低，从而使一些原来搁浅的设想具备经济可行性，例如朔天大运河设想，即使没有每年三千亿方水量，只要西藏确有水量可调出，用高速管道就可比较容易实现，例如用两条直径八米的管道年调600亿方水进入缺水严重的陕、甘、宁或新疆，相当于两条黄河，而其造价仅与两条高速公路相当。现有南水北调的东线、中线工程，如用高效流体减阻技术改装，只需花费几百亿就可使其输水能力提高数倍，当然前提是长江可调水量增加数倍以上，因为按现有水利技术考虑，长江水也没有很夶冨譹冨余水量可供外调了。而统一的高速管道运输系统则将所有可调配的水资源都注入系统，甚至包括未来建成跨国、国际高速管道运输系统，不只是进行各类货物大批量高速运输，还可注入湄公河、印度河、莱茵河、幼发拉底河等入海淡水资源统一调配到各国或地区。

7、2 黄海中开河调长江水北上的“渤海淡水湖”工程设想

提起利用长江入海淡水，中国有一个得天独厚的条件，那就是江苏外海（黄海）沿岸由于黄河泥沙入海的缘故水深很浅，且由于日本列岛环绕而风暴潮影响较小，而长江入海口距离北方缺水最严重的环渤海地区很近（约700公里到达青岛或胶莱运河口）等，利用高效流体减阻技术可采用如下方案：

大致沿着江苏外海十五米等深线（距离现海堤约十公里不等）筑防波堤在海中开河，防波堤内侧布置宽约一到两公里、深约十五米的表面铺设了减阻膜片的高速调水河道并驱动其维持运行，从重新疏通改造的胶莱运河进入渤海；同时沿着老铁山一线筑海堤封堵渤海成为淡水湖；封堵长江口，（防止调水后咸潮上溯，当然洪水阶段闸门可以开启排洪），使长江入海淡水调头北上保持约两米每秒速度进入“渤海湖”，（这个速度对船舶航行影响很小），从而解决北方水资源来源。

7、2、1 黄海中人工海河经济测算：十五米水深的防波堤造价每公里两到三个亿，近八百公里防波堤连同封堵渤海的两百公里大堤共一千公里约三千亿元；高速河道两侧大堤上建造高速公路（或铁路），连同河道表面布设减阻膜片等设备按每公里四个亿计算约三千亿元；两百公里旧胶莱运河扩宽至两公里深十五米，耗资约两千亿元；驱动高速河道维持运行的电力约需要两百万千瓦，可以海上风力发电或潮汐发电站解决，以在黄海海面新建海上风电计算耗资约一到两百亿（也可包括吸纳现有海上风电场）；其余诸如横跨高速河道建造跨海大桥四座约四百亿（在胶州、盐城、连云港、南通分别建桥）、封堵长江口大堤及船舶入口约两百亿、现有沿海港口搬迁至新防波堤附近④周约五百亿、及数处大型挡咸船闸约两百亿等，总投资约玖仟亿到一万亿元人民币。

这样一来，长江入海水量近万亿方淡水可全部或大部分调入“渤海湖”储存，沿线河流入海淡水也全部截留，渤海水体总量约一万一千亿方，水体可每年更新一次，（哪怕每年只调水三千亿也满足水体更新的要求）。而且新增自大连直达上海高速公路（或高铁）、八百公里防波堤乃至上千公里海堤随处可兼做深水港口、防波堤内是风雨无碍的黄金航道、防波堤与高速河道的河堤之间是优良的海水养殖场，而且新增近十万平方公里国土面积（“渤海湖”八万平方公里，江苏外海新增“淡水湖”约一万平方公里）。

7、2、2渤海淡水湖使华北变江南：“渤海湖”的建成不但解决了环渤海地区的缺水问题，而且可沿着黄河现有河道及黄河故道设置高速管道调“渤海湖”的淡水进入海拔较低的河南、山东、河北内地，黄河水在中游就可截留不再下泄，且在黄土高原泥沙主要来源段用高速输水管道代替现有河道，利用高速管道的澄清河水功能解决洪水期间黄河泥沙问题（河水与相接触的膜片相对速度慢，几乎静止，泥沙很快沉淀）；下游的河水利用指标重新分配给陕西、甘肃、内蒙等省市；山西、内蒙等地海拔近千米，可利用富余风电提水，每拿出一千万千瓦风电就可年提水约150亿方，半条黄河的水量（同时也解决了内蒙、山西地区风电消纳及弃风限电问题），足以保证两省用水；至于向更远的新疆、甘肃等地调水，由于新疆海拔较低，部分地区甚至低于海平面，因此可沿着海水西调建议的路线规划高速调水管道系统，管道逐级下降所发电力用于弥补提水所耗电力，只是必须新建远距离高压输电线路；不过个人覺嘚認ゐ新疆、甘肃、陕西等地的水资源就近从西藏或大西南调水为宜，还可兼顾高差利用发展水力发电；而且中国的沙漠大都有丰富地下水（咸水）及风力资源丰富的特点，完全可利用风电淡化地下咸水，及利用北方天然冷源大量淡化地下咸水（控制咸水或海水结冰速度，去掉浓缩的卤水，利用阳光或热源缓慢溶化，再冷冻并控制结冰速度即可得到准淡水冰块）；这样北方人均水资源量翻几倍，不但工业用水，而且粮食生产等农林业用水也得到解决，包括三北防护林在内的能源草产业也将突破水资源瓶颈。

7、2、3南水北调东线改造方案：在中国大陆地区，更简单一点的方案是对于南水北调东线进行改装，使其表面满布减阻膜片设备而提高速度至20米/秒，则年输水量可达3000～5000亿方，可利用黄河沿岸现有水库电站或较高地势另建水库储存调蓄，连同适当封堵长江口在内的工程费用不会超过壹仟亿，而调水成本降至每方一元以下（膜片按每平方一元计算，河道表面设置五十层膜片减阻机构相当于每平方五十元，河道截面为5*200米，即每米河道一万元，每公里一千万元费用）；当然也可封堵渤海湖作为调蓄，其费用也不会超过两千亿元。一次性投资可成倍减少，而其效果并不亚于黄海中开河的千里大堤计划。

7、3穿越地震区的技术：

这样的全球性工程不可能避开世界三大地震区，高速管道运输系统如何穿越地震区，与其他大型土朩エ朩匠程一样一直是建筑学尤其抗震专家关注的事情，但本人已有一种高效率的抗震结构技术，可用简单廉价结构将巨大的地震荷载阻隔于地下，不止是用于建筑物结构，也可广泛用于桥梁、涵洞及各类構筑修建物，鉴于研发状态尚未申请专利，暂不公开技术细节，相信大家可以谅解。

来源：

作者：紫薇圣人

當然此方案啲關鍵技術涉及箌┅種噺啲高效啲鋶體減阻技術啲應鼡，這┅技術非瑺夶膽，咜將使沝鋶輸送速喥成倍甚至成┿倍提高從洏使調沝成夲成倍乃至成┿倍降低；鈳鉯想潒啲原因仂學堺包括鋶體仂學堺┅直保持沉默，但莪們相信嘚箌承認囷推廣呮昰塒間問題。（例洳采鼡這┅技術鈳望茬較淺啲江蘇外海ф開河，調長江入海淡沝丠仩通過重噺開鑿啲膠萊運河入被葑堵為淡沝鍸啲“渤海鍸”儲存，僅耗資約┅萬億，姩調6000億方淡沝即鈳使幹旱啲丠ф國變沝鄉，洏鼡沝價格鈳降低箌2え/竝方鉯內，戓者詤烸畝沙漠種植能源草鼡沝按両百方計算輸沝費鼡減尐箌五、六百え，雖詤沝費仍然較高,但顯然巳經具備經濟鈳荇性；此外包括黃河茬苨沙主偠唻源段啲ф遊鉯仩截鋶並汾配黃河沝、利鼡內蒙、屾覀豐富闏電資源提沝仩高原等措施鈈洅贅述）；洏且高效鋶體減阻技術遠景哽鈳應鼡於跨洋調配各夶江河入海淡沝，建設海洋ф啲高速管噵運輸系統進洏發展海洋設施農業，所獲夶量海產運往陸地消費，則深海ф啲磷、鉀等え素吔就重噺囙箌陸地進入循環，徹底根治磷危機。