超级公益工程狂想之风力抽喷海水成雨

超级公益工程狂想之风力抽喷海水成雨

----网络接力公开研究项目

廖仁平

关键词： 海水，蒸发，淡水，制盐，风力

提要：在“蒸发海水成雨水”早期研究的基础上，分别补充性地就海水过滤、水气混合喷雾、海上风力机设置及其提水喷雾效率、中国大陆水汽进出及其成雨比例、工程规模及吨雨成本估计、抽喷海水制盐系统、存在问题及企业参与方式等问题进行了一些理论分析与研究，初步分析研究结果提示：利用中国东南沿海季风风力风向等自然因素抽喷海水蒸发成雨，可以为中国大陆大量廉价地人工增雨（年增雨量可达2万亿吨以上，平均吨雨综合成本约为0.08元人民币），其潜在的经济效益和社会效益非常显著。

1 前言

2 “蒸发海水成雨水”的早期研究及关键问题简述

3 三层网笼海水过滤设计简述

4 海上风力机设置及其喷水量简述

5 水气混合喷雾系统设计简述

6 浮式海面气压喷雾系统设计简述

7 海水自压喷雾系统设计简述

8 中国大陆水汽进出及其成雨比例简述

9 中国季风特点对抽喷海水成雨的影响

10 中国沿海风力机可设置的总量简述

11 中国沿海风力机年度可抽喷海水总量简述

12 抽喷海水蒸发率简述

13 年度可增雨量及其成本简述

14 海岸线陆地风力抽喷海水制盐系统设计简述

15 长江和珠江下游沿岸风力抽喷江水系统设计简述

16 存在问题及企业介入方式简述

17 工程实施步骤及未来展望

18 结束语

1 前言

当今世界，淡水资源越来越紧张，中国的淡水资源则更加紧张。现有的海水淡化技术如膜渗透技术吨水综合成本一般在5元左右[1]，中国南水北调工程吨水综合成本最保守的估计也在2元以上[2](有报道称南水北调进京水价高于每吨5元[3]）。

本网络公开研究接力项目“超级公益工程狂想之风力抽喷海水成雨”的吨雨成本，粗略地估计为0.08元人民币，它可以大量低成本地增加中国淡水资源总量并彻底解决中国的缺水问题；但它是一种外部性十分明显的公益工程，开发者很难以市场的形式收回投资，它需要获得国家认同后进行公益性财政投资。

外部性很强的公益工程，若没有公益性财政资金支持，一般研究者也没有动力研究之，但本项目的确太有利于国家可持续发展了，所以我将相关前期研究数据写成本文公开在网上，期望有心有识之人积极接力贡献智慧，使之能尽早完善并被国家有关部门认同。

您对本项目的任何一点有效改进，都将促进本项目的早日实施，都将功德无量！！！

2 “蒸发海水成雨水”的早期研究及关键问题简述

早在2002年，英国爱丁堡大学的工程师斯蒂芬·索尔特提出了一个大胆的建议，利用海洋广阔的海水来制造人工雨。这是他在希腊举行的海洋学术会议上提出来的。索尔特提出利用漂浮在海洋上的风力涡轮机，将海水雾化喷射到高空，增加海水蒸发量，从而增加陆地上降雨量的新设想。如实现这一设想，将有助于解决全世界日益增加的过量用水引起的冲突、阻止沙漠化蔓延、改善土壤质量、实现水源的稳定、拯救雨林和抵消气候变化对全球的影响等等一系列有关水的问题。

索尔特建议采用现有的“Parvieus”型风助涡轮机，这种涡轮机有40米高，像一个硕大的“打蛋搅拌器”，机翼形叶片的上下两端固定在一根垂直旋转的轴上，叶片依靠风力带动轴旋转，然后输出动力。这种垂直轴式风力涡轮机也能用来发电，但它的效率没有水平轴式风力涡轮机的效率高。索尔特对“打蛋搅拌器”式的风力涡轮机的兴趣不是发电，而是设想用旋转叶片产生的离心力将海水泵入高空的大气中。为此，索尔特改进了这种风力涡轮机的叶片，在叶片中安装一些管子，在离心力作用下，在这些管子一端的喷嘴可将海水雾化成悬浮的微粒，在5～20米的海面上空喷射出“雾”。索尔特指出，这种设计可以大大增加水滴的表面积，微滴很容易变成水蒸气。

据介绍，在海洋上，海面上有一层不易流动的空气层，它能阻止水分子的“逃逸”，成为海水蒸发的主要障碍之一，而索尔特设计的涡轮机可以克服这一障碍。索尔特计算，在风速为每秒8米时，一台涡轮机可以在1秒钟内把0.5立方米的海水提升到10米的高空。如果在世界的热带地区布置几百台甚至几千台这样的涡轮机，就可以制造出足够的人工雨,防止热带地区的干旱。而如果在全球大规模布置这种风力涡轮机，就可以减少几十亿人的缺水问题。索尔特指出，喷雾式的涡轮机现在的主要技术难题是怎样使雾化的水滴足够细小，以及如何过滤海水，以防止海洋生物阻塞叶片中的管道或保护海洋生物不受伤害。

当然，任何设想都不是十分完美的，有气象学家对此提出怀疑，认为散布在海洋上空的水蒸气是否和高空中的空气混合形成云层，以及能否预测在什么地方下雨都存在问题。但大多数科学家认为这是一个大胆的、有独创性的设想,大有研究价值…[4]。

此外，相关文献和专利检索结果[5～8]表明：现有喷雾蒸发技术的最大局限在于它们都离不开人工容器，能耗高、设备投资大、产出淡水量小等是其难于大规模工业开发的主要障碍。

斯蒂芬·索尔特大胆设想就是一种充分利用大自然中取之不尽的常温常压空气热能蒸发海水制造雨水的方法，在其基础上，以下结合中国具体国情进行一些针对性的完善改进，使其具备大规模工业化生产的可行性。

完善改进研究内容包括：海水过滤、水气混合喷雾、海上风力机设置及其提水喷雾效率、中国大陆水汽进出及其成雨比例、工程规模及吨雨成本估计、抽喷海水制盐系统、存在问题及企业参与方式等。

3 三层网笼海水过滤设计简述

在海水中围网成笼，可设计三层网笼分级过滤海水，三层网笼层层叠套，笼外的海水自然浸滤进入笼内。

最外层尼龙网笼网眼大小可以为20～30mm（它可以阻止大型海洋生物或杂物进入，同时也能保障海水顺畅浸入笼内），第二层尼龙网笼网眼大小可以为3～5mm，第三层尼龙（或钛合金）网笼网眼大小可以为1～2mm，各层网笼的体积大小及其立体几何形态等设计可优选确定之…

各层滤网笼均直接与海水接触，不同方向的海浪或海水流本身即可发挥“反冲”作用，以保障各层滤网笼的通畅…

经此多层过滤的海水可经导水管导入到相应的提水管口，经抽提到一定高度后，再经多级输水管将之快速地输送至喷水口处喷发…

4 海上风力机设置及其喷水量简述

一般海域，推荐如下图所示的海上风力机设置

此图所示的设计有利于在高于海水水面8m左右处设置海水喷发管网（图中的设施可为喷发管网提供一定的重力支撑点），也利于分开设计抽水风力机和气压风力机。气压风力机提供压缩空气流（较宜采用离心式空气压缩形式。离心式空气压缩机属于速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠、结构紧凑、重量轻、排气量范围大、易损件少、运转可靠、寿命长、排气不受润滑油污染、供气品质高、大排量时效率高、且有利于节能…离心式空气压缩机_360百科baike.so.com 2013-03-27-快照），抽水风力机提供海水流，二流在喷水口处混合喷发…

分布于岛屿四周的风力机组布局要充分利用岛屿本身的支撑作用，其可用的风力机布局，此不细论。

风力机提水量理论分析（以100kw风力机为例）：

1千克力·米 = 9.807牛顿米 = 9.807焦耳

1千瓦·小时=3.6×10⁶焦尔=3.67×10⁵公斤米

理论计算：当风机功率为1000w=1kw时，每小时可做功3.6×10⁶焦尔=3.67×10⁵公斤米，相当于将36.7吨水提升10m所做的功，也就是说1000w=1kw风机可以每小时将36.7吨水提升10m。100kw风机24小时可将36.7×24×100=88080吨水提升到10m高度。

为保障喷雾效果，再配置另一台100kw风力机提供压缩空气进行水气混合喷发（实际运行时风力压缩机与风力抽水机的匹配要优选确定，不一定是1比1匹配，此不细论之…），如此，每天24小时内，两台100kw风力机就可协同性地将88080吨海水提升到10m高度左右并喷发成雾。

5 水气混合喷雾系统设计简述

水气混合喷雾，具有优异的抗堵塞性能，为了保障海水喷雾效果，抽喷海水成雨工程宜采用水气混合喷雾系统。

一部分风力机提供压缩空气（连续的离心压缩供气）进入风管网，另一部分风力机抽提海水进入相应的水管网，水管与风管并置或嵌套，在海水喷出口处（水气混合喷嘴）水气混合喷发成水雾（风力压缩机与风力抽水机的数量匹配要优选确定，不一定是1比1匹配）。

海水被抽喷到10米左右高度时，海水具备了势能，此海水经大口径初级输水管（输水管网高度可以设置为8m左右，保留2米左右水头的势能性压力）可快速自流性地经立式主干管输送到口径较小的次级输水干管中…次级输水干管上多处接连末级支管，每根支管上接入N个水气混合喷嘴，（喷嘴开口口径2mm左右），压缩空气流与海水流在这些喷嘴中混合喷发成雾…

100kw风力机每小时可将3670吨海水提升10m，这些海水需要及时喷发出去，这要求必须为之配套相应的喷水管网，管网的设置及其中的水气混合喷嘴数量设置要优选达到符合每秒喷水1吨的要求，喷出的海水水滴要尽可能细小以便于蒸发…若每台风力机配置的喷水支管为～20000m，则平均每米支管上的水气混合喷嘴的喷水量至少要达到每秒～50g（3000g/min或3L/min）…

本文暂以水气混合喷雾系统设计为设计基础，并列出浮式海面气压喷雾系统和海水自压喷雾系统设计，它们喷发海水蒸发的综合效率有待实验验证比较…

6 浮式海面气压喷雾系统设计简述

此系统设计中，不用抽提海水，直接用风力离心压缩空气，并将这些空气通过输气管送到海面浮式喷雾管网系统水气混合喷嘴处混合喷发海水蒸发。

在风力机周围海面上，设置半固定浮式喷雾管网系统（可自动随潮汐或海浪上下浮动但又不会水平飘移），各水气混合喷嘴与海面的海水直接联通，当压缩空气经喷嘴喷出时，其虹吸作用将海水喷发成雾…

此系统设计的优点在于不需要抽提海水，缺点则是半固定浮式喷雾管网系统比较容易被巨大的海浪所损坏…其喷发海水蒸发的综合效率有待实验验证。

7 海水自压喷雾系统设计简述

将海水抽提到一定高度（比如20米？30米？或者60米？），利用其自身具有的水头压力，在其较低位置处（如在8米处）喷出。

此系统设计的优点在于不需要输入压缩空气，缺点是喷水口口径太小时易堵塞、太大时又不容易喷出细小水雾…其喷发海水蒸发的综合效率也有待实验验证…

8 中国大陆水汽进出及其成雨比例简述

水汽的密度约相当于同温、同压下干空气的0.622倍，即水汽密度永远小于干空气的密度。水汽扩散与水汽输送，是地球上水循环过程的重要环节，是将海水、陆地水与空中水联系在一起的纽带。水汽正是通过扩散运动，使得海水和陆地水源源不断地蒸发升入空中，并随气流输送到全球各地，再凝结并以降水的形式回归到海洋和陆地。所以水汽扩散和输送的方向与强度，直接影响到地区水循环系统。对于地表缺水，地面横向水交换过程比较弱的内陆地区来说，水汽扩散和输送对地区水循环过程具有特别重要的意义。水汽输送主要有大气环流输送和涡动输送两种形式，并具有强烈的地区性特点和季节变化，时而环流输送为主，时而以涡动输送为主。水汽输送主要集中于对流层的下半部，其中最大输送量出现在近地面层的850—900百帕左右的高度，由此向上或向下，水汽输送量均迅速减小，到500—400百帕以上的高度处，水汽的输送量已很小，以致可以忽略不计。

关于我国水汽输送，刘国纬和崔一峰通过选用全国122个探空站及国外27个探空站的资料，并以1983年为典型年进行了比较系统的分析、计算与研究，得出了如下的基本结论。

第一，存在三个基本的水汽来源，三条输出入路径，并有明显的季节变化。三个来源是极地气团的西北水汽流、南海水汽流及孟加拉湾水汽流。西北水汽流自西北方向入境，于东南方向出境，大致呈纬向分布，冬季直达长江，夏季退居黄河以北；南海气流自广东、福建沿海登陆北上，至长江中下游地区偏转，并由长江口附近出境，夏季可深入华北平原，冬季退缩到北纬25°以南地区，水汽流呈明显的经向分布，由于水汽含量丰沛，所以输送通量值大；而孟加拉湾水汽流通常自北部湾入境，流向广西、云南，继而折向东北方向，并在贵阳-长沙一线与南海水汽流汇合，而后亦进入长江中下游地区，然后出海，全年中春季强盛，冬季限于华南沿海。

第二，水汽输送既有大气平均环流引起的平均输送，又有移动性涡动输送，其中平均输送方向基本上与风场相一致。而涡动输送方向大体上与湿度梯度方向相一致，即从湿度大的地区指向湿度小的地区。涡动输送的这一特点对于把东南沿海地区上空丰沛的水汽向内陆腹地输送，具有重要作用。

第三，地理位置、海陆分布与地貌上总体格局，制约了全国水汽输送的基本态势。青藏高原雄踞西南，决定了我国水汽输送场形成南北两支水汽流，北纬30°以北地区盛行纬向水汽输送；30°以南具有明显的经向输送。而秦岭-淮河一线成为我国南北气流的经常汇合的地区，是水汽流辐合带；海陆的分布制约了我国上空湿度场的配置，并呈现由东南向西北递减的趋势，进而影响我国降水的地区分布。

第四，水汽输送场垂直分布存在明显差异：在850百帕气层上，一年四季水汽输送场形势比较复杂；在700百帕气层上，在淮河流域以北盛行西北水汽流，淮河以南盛行西南水汽流，两股水汽流在北纬30°—35°一带汇合后东流入海；在500百帕高度上，一年四季水汽输送呈现纬向分布；而低层大气中则经向输送比较明显，因而自低层到高层存在经向到纬向的顺钟向切变。

我国上空水汽的收支有如下特点：

1）全国年输入水汽总量为15023.2×10⁹米³，总输出量为12362.7×10⁹米³，净输入量为2660.5×10⁹米³，与全国入海径流量很接近。这些水量折合全国平均水深为279.4毫米。

2）从四方边界来说，水汽主要从南部和西部边境进入（占总输入量的89.1%），从东界输出（占总输出量的88.8%）。就不同流域而言，长江流域净输入量最大，依次为华南、西南、东北和西北区，华北区为负值区。

3）输入的水汽量中，经向的输入占55.8%，纬向的输入占44.2%；输出情况相反，纬向的占89.2%，经向的仅占总输出量的10.8%。

以上内容摘录于文献[9]，可以基本代表中国大陆水汽输送的宏观概况。

刘国纬和周仪的研究[10]表明：虽然湿润区的面积只有干旱--半干早区的1/3,但其年净输人水汽量却为干早--半干旱区的3倍以上,若分别折合成各区面积上的平均水深,则湿润区的多年平均净输人量将近为干旱--半干早区的8.8倍.还可以看到,在湿润区,净输人量占总输人量的16%,而在干早--半干早区只占5%,显示出湿润区水汽利用率较高,而干旱--半干早区输人的水汽则大部分“穿堂而过”,利用率较低,从而表明水汽输送对一地区水文特性和水资源状况的重要影响。

我国年平均降水量约6×10m（6+e12立方米=6×10¹²米³），折合平均降水深为628mm，小于全球陆面平均的834mm，也小于亚洲陆面平均的740mm。这些降水量中有56%为土壤和地表水体蒸发和植物蒸腾所消耗，剩余的44%形成径流。我国河川年平均径流量为2.6×10m，其中包括冰川融雪水量约5×10m。我国地下水总量约有8×10m，由于地表水和地下水之间存在着既密切联系又相互转化的关系，两种资源在数量上有一部分是重复的。扣除这部分重复的水后，我国多年平均水资源总量约为2.7×10m[11]。

我国大陆水汽成雨比例简述：

（1）我国年平均降水量约6×10m（6+e12立方米=6×10¹²米³），折合平均降水深为628mm，而全国年输入水汽总量为15023.2×10⁹米³，总输出量为12362.7×10⁹米³，净输入量为2660.5×10⁹米³，与全国入海径流量很接近。这些水量折合全国平均水深为279.4毫米。628-279.4=348.6 mm的水汽量显然是降雨蒸发形成。

（2）全国年输入水汽总量为15023.2×10⁹米³，它形成了628mm降水（约为6000×10⁹米³），6000÷15023.2≈40%。也就是说，输入水汽中平均有40%转化成了降水。

（3）再进一步考察，因来源于西北干旱--半干早区输人的水汽大部分“穿堂而过”，成雨比例相对低于东南方向输入的水汽，所以，中国东南方湿润区输入的水汽转化为降水的比例应当大于40%，粗略估计可达到50%。

9 中国季风特点对抽喷海水成雨的影响

中国季风图

中国的季风气候[12]

冬季风: 大陆上的冷高压于9月形成,中心位于蒙古。由此吹出寒冷干燥的西北或东北季风，最先到达中国北方，很快就向南推进到江淮流域及其以南地区。冬季风随季节变化而逐月加强，1月最强盛，每隔7～10天冷空气爆发南下,至华南地区24小时可降温12～16℃,有时伴有中到大雨。海南岛亦可降温8℃以上。冷空气到达南部沿海一带常有低云形成，并伴有毛毛细雨。冬季风强盛时可吹到澳大利亚北部，亦即冬季风的最南界限。南北半球冷暖空气经常混合于此辐合带或热带辐合带，这时从亚洲大陆吹来的冬季风在西太平洋上与北太平洋由副热带高压吹来的凉湿气流相遇后形成一条南北向的辐合线，在这些辐合带上降水量较丰沛。

冬季风只盛行于低空（3000米以下），中国西南青藏高原海拔平均在4000米以上，因此冷空气很难越过青藏高原，冬季风沿高原东侧及其以东流向中国东部地区。冷空气常随冷锋南下，在北部多大风晴天，至江淮及其以南地区运行缓慢；在云贵高原地区常形成一条静止锋，表现为大范围的阴雨天气。

夏季风: 4、5月亚洲大陆升温迅速,形成热低压,其中心位于青藏高原西边。而由太平洋副热带高压辐散的暖湿气流从东南沿海地区以东南或南季风形式深入到北部及河套一带，其气候特点表现为湿热而多雷阵雨。

影响中国的夏季风来自3个源地：第1支源于南印度洋的西南季风，在阿拉伯海形成一支低空急流，经过印度半岛影响西南及华南地区;第2支源于澳大利亚北部的东南信风,越赤道经印度尼西亚或马来半岛与第1支气流及北半球的东北信风汇合成赤道辐合带;第3支气流源于北太平洋副热带高压，即为主要影响中国东部地区的东南季风和南季风。它们深入到中国东北地区的西北部及内蒙古的北部，亦即为中国夏季风的北界，它与从西北来的冷空气相遇后形成一条大雨带，带来了充沛的降水。通常以这条大雨带表示夏季风的活动。东亚夏季风进退有两次急进和一次速退。一般5月初夏季风盛行到华南，此时即为华南季风雨的开始；5月底或6月初盛行到西南地区；6月中夏季风突然盛行到江淮流域,即为江淮流域梅雨季节的开始。 7月中夏季风再次北跃到华北与东北地区，即为北方地区雨季的开始，同时亦为华中梅雨季结束进入伏旱天气；到8月中下旬为夏季风鼎盛时期,此时推进到达中国最北和最西界限。因此夏季风活动从华南到华北以北地区约需4个月之久。而其撤退又是一次突变，一般9月初北方的冷空气开始加强,即冬季风开始建立。冬季风的来临只需1个月的时间,很快从北向南抵达华南或沿海地区。中国夏季风的进退与另一著名季风区的印度季风进退速度恰好相反，印度夏季风的来临呈爆发式，从南到北只需1个月,而它的退却需4～5个月的时间…

分析以上信息可知：中国沿海抽喷海水蒸发成雨的适宜时期是夏季风盛行的5～8月4个月时间。而冬季季风盛行时，沿海的海水即使蒸发成水汽，也无法进入中国大陆，所以此时期是整个工程系统进行休整维护的时期（此时期也可以让风力机转换为发电模式进行风力发电）。

10 中国沿海风力机可设置的总量简述

中国海域总计300万平方公里；岛屿6536个。大陆架宽广，黄、渤海全部位于大陆架上，东海大陆架宽200-600公里，南海大陆架宽180-250公里[13]…

因大陆架的坡度比较均匀，估计0～20米等深线以内的大陆架面积约为30万平方公里，0～15米等深线以内的大陆架面积约为20万平方公里，再加上6536个岛屿可用，因此，即使是最保守的估计，适宜于安装设置风力机抽喷海水的海域面积至少在10万平方公里以上…

以100kw功率的风力机为基准，其叶片长度一般在10m左右[14]，风轮直径一般22m左右，塔架高度（低潮时离开海平面的高度）30m左右即可。相邻两台风力机的安装距离约为200m左右（8-10倍风轮直径的距离），每平方公里可以设置20台左右。

因此，10万平方公里可以设置100kw功率的风力机200万台左右。

11中国沿海风力机年度可抽喷海水总量简述

此节前面相关分析表明：（1）每两台100kw风力机每天24小时可协同性地将88080吨海水提升到10m高度左右水气混合喷发成雾；（2）中国夏季东南季风期长达4个月（计为120天）；

可以推算200万台100kw风力机，在120天内可以在海平面以上10m左右抽喷的海水总量为：

（200万÷2）×88080吨×120≈10569×10⁹吨

计算以100kw风力机为参考，工程实际开发时，要优选风力机功率以及风力抽水机与风力空压机的数量匹配等。

12 抽喷海水蒸发率简述

水的蒸发受多重因素影响，其它条件确定后，主要与蒸发表面积成正比，蒸发表面积越大，单位时间蒸发量就越大。

因缺少相关在常温常压自然空气中大量抽喷海水时的蒸发率实验数据，此暂用喷灌水滴在常温常压自然空气中蒸发的相关研究结果做些近似性的理论比较分析估计（期望有网友能准确提供相关水滴单位时间内在空气中的蒸发量数据）。

早期喷灌研究中，在苏联,短射程喷灌机的蒸发损失水量为27%,中射程喷灌机为35%,而远射程的可达到45%…当喷灌水滴平均直径为1mm时，每昼夜的平均蒸发量为7.3～9.3%[15]…

徐红等的研究表明： ZY-1(5.5×3.1mm)摇臂式喷头组合喷灌条件下蒸发损失变化范围为0.95%~17.43%,主要集中在5%~10%。ZY-2(7.0×3.1mm)摇臂式喷头组合喷灌条件下蒸发损失变化范围为0.8%~14.28%,主要集中在4%~10%[16]…

白更和严海军的研究表明:喷灌0.3mm～5.1mm水滴在空中平均飞行1.5秒左右，总蒸发量约为5%左右[17]…

相关喷灌水滴蒸发损失的文献比较多，侧重点各有不同，数据间的可比性比较差。但仍可看出些一般结果即：直径为1mm左右的水滴在空气中飞行1.5秒左右，平均蒸发量约为5%左右。本文暂以此为基准进行相关分析。（期望网友们补充提供相关准确数据）

综合性地粗略估算可知：在抽喷海水蒸发时，若喷出的海水水滴平均直径控制在0.1mm（100μm），水滴在空气中停留时间平均控制在1.5秒以上，其蒸发率可达50%以上。（相对于1mm直径喷灌水滴，0.1mm直径喷雾水滴的比表面积将增加10倍，其它条件不变时，其蒸发率也将比其5%提高10倍，可达50%左右…8m左右高处的小水滴自由落体降落时间大约为1.3秒，但因小水滴一般以一定初速度向上抛物线状喷发，加上空气阻力对小水滴的作用，0.1mm直径喷雾小水滴从8m左右高度斜向上抛物线喷出到降落海面这个时间一般要大于1.5秒…）

13 年度可增雨量及其成本简述

以200万台100kw风力机（总功率达2×10⁸kw），在120天内将10569×10⁹吨海水提升至海平面以上10m左右进行空气与海水混合后的水气混合喷发为基准分析，当海水水滴蒸发率达50%时，就会有5284×10⁹吨水被蒸发后随东南季风进入中国大陆，其水汽的垂直起点高度就在海平面上，它们在成雨之前因其比重小于空气（水汽的密度约相当于同温、同压下干空气的0.622倍，即水汽密度永远小于干空气的密度），一边随东南季风向西北飘移一边垂直升高，直到遭遇到高空水汽流后（此高空水汽流主要来源于东南方向海洋气流所带入的季风性水汽），或混合成更大水汽性云层，或相互碰撞后部分成雨部分混合后继续向西北方向飘移…

因中国东南方湿润区输入的水汽转化为降水的比例可达到50%，5284×10⁹吨水汽至少会有一半即2642×10⁹吨水汽转变为雨水降落在中国大陆。

结论：200万台100kw风力机，在夏季东南季风期120天内将10569×10⁹吨海水提升至海平面以上10m左右进行水气混合喷发，可以为中国大陆多增雨水2642×10⁹吨。

吨雨成本分析：

(1) 风力发电机组设计使用寿命一般要求为20年[18]

(2) 大型风力发电机价格差异的主要因素是品牌、容量和造价，不同品牌不同容量价格差异都比较大，并且它的每千瓦造价一般都在5000元左右，但性价比高[19]…

(3) 本工程中使用的不是风力发电机组，而是风力抽水机组与风力空气压缩机组，暂不考虑其间的价格差异，假定同样功率的风力机组价格相同，仍以每千瓦造价5000元计算。200万台100kw风力机组的总价格为：200万×100×5000元=10000×10⁸元。即1万亿元。

(4) 假定每两台100kw风力机配套的喷水管网系统的喷水支管长度为20000m，各级管线及其水气混合喷嘴的总造价为50万元，则200万台100kw风力机组配套喷水管网的总价格为5000亿元。（此200万台100kw风力机组及其配套喷水管网系统总投资合计为1.5万亿元，作为固定资产一次性投入）

(5) 假定1.5万亿元固定资产投资20年总利息为1.5万亿元（此取较低年利息值5%且不计复息），20年中的总维护费用为1万亿元。

(6) 20年综合总费用将达到4.0万亿元，20年中总成雨水量为20×2642×10⁹吨=52.84×10¹²吨。即52.84万亿吨。

(7) 所以，平均吨雨成本为：4.0万亿元÷52.84万亿吨≈0.08元/吨。

14 海岸线陆地风力抽喷海水制盐系统设计简述

将抽喷海水成雨与海水蒸发制盐结合（相似的中国专利申请已经存在：吴以恒--海水晒盐的加强蒸发方法--【申请日】1992-04-19--【申请号】CN92103021.5--【主权项】海水晒盐的加强蒸发方法与液体蒸发技术有关,其特征是：以盐水在一定高度上洒下,或者盐水在一定的压力下且在一定高度上喷洒的办法,立体式地扩大盐水溶液与流动着的水汽未饱和的空气的接触面积,加大蒸发面积,缩短蒸发周期而提高盐水的蒸发效率…此专利申请已经过20年，但未见此类方法的具体工业应用，有待进一步开发相关大规模工业应用技术…），可以大大提高系统综合效益。具体办法之一是直接在沿海岸线的陆地上筑堤制成盐田，利用潮汐造成海洋水深度的改变，在涨潮时将海水大量引入盐田内后关闸，设置于堤内的风力机抽喷海水喷发成水雾…海水在喷雾成汽的同时，也被浓缩，当反复抽喷这些高盐度海水时，可以将其浓缩到各种盐类先后析出的程度，此时，海水中各主要成分如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺、Cl^-、SO₄²^- 、Br^-、HCO₃^-、CO₃²^-、F^-等[20]可以被较经济地提纯…

此仅仅以Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Br^-为例做简要分析如下：

海水中含Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Br^-量为：Ca--0.412 g/kg、Mg--1.29 g/kg、K--0.399 g/kg；Br--67 mg/kg[21]。

此假定海水被抽提到20m高处后，于8m高处自压喷发，所喷发的海水蒸发率以50%计，每平方公里设置20台100kw风机，每台100kw风机24小时可将36.7×24×100=88080吨水提升到10m高度，则20台100kw风机24小时可将880800吨水提升到20m高度喷发并蒸发440400吨水，可从中得到的Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Br^-量分别为：Ca--440400吨×0.412 g/kg=181.44吨、Mg--440400吨×1.29g/kg=568.12吨、K--440400吨×0.399 g/kg=175.72吨、Br--440400吨×67 mg/kg=29.51吨…

假定此类系统的总规模为1000平方公里，全年平均运行200天，则将得到Ca--181.44吨×200×1000=3.6288×10⁷吨、Mg--568.12吨×200×1000=1.13624×10⁸吨、K--175.72吨×200×1000=3.5144×10⁷吨、Br--29.51吨×200×1000=5.902×10⁶吨…此外，尚可有十亿吨以上NaCl原盐产出… 显然，此法的大力普及将显著改变世界盐化工业现状。

与蒸馏法相比，喷发蒸发海水的耗能大大减小。

20台100kw风机24小时可将880800吨水提升到20m高度喷发并蒸发440400吨水，总耗能量为：E_喷发=20×100kw×24小时=48000千瓦时=48000×3.6×10⁶÷4.186卡=4.13×10⁷kcal。

而蒸发440400吨海水（假定海水温度为20^oC ，20^oC时水的汽化热为585kcal/kg），需耗能为：E_蒸发=440400×1000kg×585kcal/kg=2.58×10¹¹ kcal。（虽然多级联合蒸发节能技术可以大大降低其能耗值，但综合耗能仍会较高，且蒸发设备投资也很高…此不细论）

E_喷发/E_蒸发=4.13×10⁷kcal/2.58×10¹¹ kcal=1.6×10^-4

即：喷发海水成汽的耗能仅为蒸发海水耗能的万分之一点六左右。

由此可见，喷发海水成汽的同时，可以低能耗性地获得大量海水中的K、Na、Ca、Mg、Br等常量元素所组成的各种盐类。

此类系统最好设置在中国南部海岸或海南岛等处，那里的气温常年都比较高，利于被抽喷的海水水滴蒸发…

15 长江和珠江下游沿岸风力抽喷江水系统设计简述

中国江河中流量在前两名的是长江和珠江。长江多年平均入海水量近万亿方[22]，珠江多年平均入海水量3.3千亿方以上[23]。为了充分利用长江和珠江下游多余水量，使其不致白白流入大海，可以考虑在其下游沿岸设置风力机组抽喷部分江水喷发成雾。

在长江和珠江下游沿岸可直接设置风力机组，用其动力离心压缩空气，这些压缩空气经由输气管网到达浸浮于江水中的各喷水细管处，在其水气混合喷嘴中混合喷发江水成水雾…或用风力机直接抽提江水到一定高度后进行自压喷发…这种在中国大陆内部喷发江水而成的水汽更利于形成有效降雨，其平均吨雨成本一定低于抽喷海水成雨的成本…

16 存在问题及企业介入方式简述

因本人研究条件及掌握信息的局限，本超级公益项目仍有许多问题需要进一步实验性优选解决。

16.1 三层网笼海水过滤设计的参数优选：此涉及到各层网笼体积大小、立体形态、网眼大小及材料的优选等，其基本要求是海水能长期、稳定、及时、足量地浸滤进入最里层以供抽喷之用且网笼本身不易被损坏…

16.2 喷雾系统参数优选：在水气混喷系统中，一定高度（以8m为参考）的海水进入喷水细管后，经与压缩空气水气混合后喷发。其中的海水输水管线设计及其相应的压缩空气输气管线设计、输水管线与输气管线间的匹配、以及喷水细管总长度及其水气混合喷嘴数量等都要经过实验优选…浮式海面气压喷雾系统和海水自压喷雾系统的综合喷雾蒸发效率也要进行实验对比分析…

16.3 抽喷海水平均蒸发率数据的实验研究

迄今，暂未发现相关在常温常压空气中大量抽喷海水蒸发率的实验数据（在第10小节中，暂用常温常压空气中喷灌水滴蒸发相关研究结果做些近似性的理论比较分析估计），所以需要在不同喷发状态时（不同喷发海水水滴直径分布、喷发高度、抛物喷发初速度、喷口口径，喷口数量和密度、不同空气湿度、温度及不同风速等条件下），实验获得相关蒸发率数据，以便较准确地计算抽喷海水蒸发成雨的效率…

16.4 企业介入此工程的方式

本项目实施时所降下的雨水，很难用市场的方法收费而获得收益，所以只能是慈善公益投资研发或国家财政投资研发。

一般企业若要介入此类公益类大工程，可行方式之一就是为这个项目的实施提供相关产品与技术服务，所以，企业研发贮备与工程配套的专利技术，准备在未来的工程招标时取得优势，无疑是一种战略措施之一。

16.5 工程综合利弊实证分析

工程运行将为中国大陆年新增降雨2642×10⁹吨（…南水北调工程全部实施后，年均调水量380~480亿方…南水北调工程的综合效益www.people.com.cn/GB/... 2000-12-29-快照-人民网），解决了中国缺水问题的同时也将增加洪涝灾害发生的概率与规模，相关综合利弊实证分析研究成为必要，此不细论。

17 工程实施步骤及未来展望

本系统起步阶段，可以鼓励盐化工企业在中国东南部沿海岸线设置风机抽喷海水成汽的同时提纯海水中常量元素盐类获得利益，以此积累抽喷海水成汽的相关科学数据，便于以后大规模推广…

推广阶段，可在中国东南沿海大陆架或6000余岛屿四周小于20m等深线海域内分片布局，从少到多逐渐扩大到总安装200万台100kw风力机的规模（中国大陆到底需要增加多少降雨为最佳，要优选确定，相应的风力机安装总量也要优选确定，不一定刚好是200万台100kw风力机的规模）。

本文计算以100kw风力机为基准，工程实际开发时，要优选风力机功率以及风力抽水机及风力空压机的数量匹配等，也要实验优选各种喷发系统的综合效率。

显然，技术进步可以不断降低海上风力机组的单机组综合造价，规模化生产也可望进一步降低成本，若与浓缩海水制盐结合，还可有一定程度的盐化工产业收益。

中国冬季西北季风期长达5个月（150天）左右，总功率达2×10⁸kw的风力机此时可转而发电，粗略估计其潜在年度总电力量为：2×10⁸kw×24小时×150=7200×10⁸kw小时=7200亿度。

随着此类工程在全世界的普及，各国互惠性的增雨方案将有可能出现。比如在季风方向不利于中国大陆增雨的冬季，中国东南沿海设置的风力抽喷海水蒸发成雨系统仍可继续运转，所蒸发的水汽虽远离中国大陆而飘向大气层，但它们有利于增大其它地方的降雨量…

随着世界富人们用于慈善的基金数量越来越大，未来也可考虑争取建立一个世界性质的公益工程慈善基金，专门用于外部性很强的大型公益项目开发。若能争取数千亿美元此类慈善基金，在地球赤道附近海域内（包括印度尼西亚群岛等）大量安装设置风力机抽喷海水蒸发成水汽，就可以全球范围内增加降雨量。届时，世界淡水资源的紧缺问题将得到彻底解决。

18 结束语

公益工程虽然具有明显的经济外部性，但当它技术成熟后由国家出资开发，国民们都可从中获得好处。

本文介绍的“风力抽喷海水成雨”超级公益工程，综合性粗略理论分析估计它在中国实施的平均吨雨成本只有0.08元人民币，实在是值得中国政府大力促成的公益性超级工程！

2014年3月底统计的中国外汇贮备已达3.95万亿美元[24]，可见，只要中国政府认同了此工程的价值，财政投资似乎并不是大问题。

限于本人所掌握资料的局限，本文的理论分析及估计，可能仍有许多不足之处，期望网友们积极接力贡献自己的智慧，将之早日完善化，实用化。（您提供的任何公开建议或数据都将记录在帖子回复中，都将自动产生相应的著作权…）

最后要说明的是，本文中的所有图片都源于网上图片搜索，但因信息不全未能列出其原创著作权人姓名等，敬请图片原创者原谅。

参考资料

[1] 海水淡化,每吨成本再省一半_网易新闻中心网易新闻 - news.163.com...AED.html 2011-03-30 - 快照

[2] 南水北调中线推迟四年,成本远高于海水淡化-中部崛起-东湖社区...东湖社区 - bbs.cnhubei.com/thre... 2014-10-14 - 快照