解決能源危機新創意

馬壽春

能源枯竭已經成為當今世界日益突出的問題。摩天大樓發電、蔬菜發電、凸透鏡聚光發電乃至風箏發電……國外研究人員試圖通過開發新型的發電方式，緩解越來越嚴重的能源問題。

蔬菜發電：光合作用提供電力

國外研究者正試圖將太陽能和綠色植物聯系在一起，從而研發出一種效率更高的發電設備。在不久的將來，人們也許僅僅通過綠色植物，就能夠獲取豐富的電力。

相關專家認為，利用植物的光合作用產生電能，是今后高效利用太陽能的新途徑。一旦研究獲得成功，綠色植物將變成更為高效、使用更加便捷的小型發電設備，并使太陽能的利用效率得到大幅提高。

科研人員在現階段以菠菜葉子作為首個實驗對象，意圖借由其中的蛋白質進行發電。這種蛋白質非常微小，長度僅為5～6納米。研究者首先把菠菜葉子的蛋白質分離出來，然后如制作三明治一樣，把這些蛋白質一層一層地貼在連有導線、可以導電的金箔上。這些金箔的一端連著一個透明的無機體，另一端則連著能導電的有機層。經過以上操作，一個微型的植物發電設備就制作完成了。研究人員稱，這種用菠菜蛋白質打造的發電裝置可以通過光合作用為人們提供電力。

但是，利用菠菜蛋白質制造的太陽能光合作用發電設備，目前也存在許多問題。這種設備最大的缺陷是，以菠菜蛋白質作為介質時，太陽能與電能之間的轉換效率并不高。科學家們目前正在考慮換用其他蔬菜的蛋白質，比如豌豆蛋白質來制造光電轉換效率更高的發電設備。

據悉，菠菜發電項目已經得到美國海軍研究院的資助。美國海軍希望將這種光合作用發電設備安裝在一些小型艦艇和海洋偵察機器人上，為這些裝置提供能源。

風箏發電：高效利用風力

今后，人們也許只要使用一只風箏，就能合理利用高緯度地區的風，通過清潔低廉的方法得到大量電能。

渦輪風力發電機是一個傳統的風力發電裝置，一般被放置在離地面80米處。該位置的風速一般為每秒4.6米。理論上，風力發電裝置可獲得的電力與風速的立方相關。由于風速是隨著高度的增加而增大的，因此，裝置所在的高度決定了其可獲得的風能大小。如果發電裝置處于800米的高空，風速就可以增大到每秒7.2米。如果發電裝置處在這個高度，其發電量就是處于80米高度時的4倍。當發電裝置所處的位置變為離地1千米的高空時，所能獲得的電能就是在80米高度時所獲取電能的8倍。處于最適當高度的渦輪葉片的發電量，能夠達到地面渦輪葉片發電量的250倍。問題是，普通的渦輪風力發電機難以被安裝在離地80米以上的高空。但是，如果將一只風箏改造成風力發電機的話，就能輕松飛往可采集到最大風力的高度，從而得到大量電能。

目前，歐洲的風箏發電開發者正在開發一個包含風箏、電纜和發電機組的系統。在風箏發電系統的早期實驗中，研究者放飛了一只須用操縱桿遙控的、面積約為10m²的風箏。按照研究者預測，一個10m²的風箏在風速為每秒4米的情況下，平均發電量達到2.5千瓦時。該次測試為期3天，實驗風箏被放飛到了400米的高空。實驗結果顯示，這只實驗風箏的實際發電量為3千瓦時，大大超出了研究者的預期。目前，研究小組正在開發新的軟件、電子設施和地面站來代替操縱桿，實現對風箏的自動控制。據推測，如果實現自動控制的話，一個面積為20m²的風箏的發電量，可以達到20千瓦時。

此外，澳大利亞研究者還設計出了帶有輪轉的風箏。這種風箏能像直升飛機那樣近乎垂直地上升，達到1600米以上的高度——這一高度的風力是最強的。到達這一高度后，風箏上的轉輪會自動切換到發電能發送回地面。當風向出現變化時，風箏也會隨之調整自身的飛行方向，以最佳的角度收集風力。

高樓發電：可為周圍設施供電

現代科技的發展讓摩天大樓也能充當發電的媒介了。目前，國外建筑設計師們正在設計建造一座可以發電的摩天樓。這座大樓安裝了專門的發電設備，不但能為自身運作提供電力，還能向周圍的各種建筑物發電，成為一幢“發電大廈”。摩天大廈的大部分采用特殊鋼結構構造，同時具有極高的硬度和極好的韌性。按照設計方案，這幢摩天樓的每一層樓都可以實現360°旋轉。大樓的中心軸足以承受巨大的重量，將各樓層牢牢地固定在一起；同時，中心軸也能夠滿足大樓各個樓層的轉動要求，讓每一層樓都能獨立而自如地旋轉。

不過，這座摩天樓最吸引人之處，是其裝備的聲控風力發電機等各種設施。在一般情況下，由于需要驅動樓層的旋轉，因此大樓本身必須耗費很大的能量。但是這幢大樓并不會給當地造成能源問題，因為摩天樓的所有能量全都來自于風力。更令人驚奇的是，摩天大廈不僅可以完全依靠風力旋轉，還能將多余的風力轉化為電能，提供給大樓別的用戶。設計師將在每層旋轉樓板之間安裝風力渦輪機，這座大樓將擁有79個風力渦輪機，成為一個綠色的“發電廠”。

除了風能之外，大廈樓頂還裝有大型太陽能面板，能夠充分吸收并利用太陽光，將其轉換成可使用的能量。據悉，在陽光充足的情況下，摩天樓所裝備的太陽能發電設備的年發電量將達到100萬千瓦時。這一數量遠遠超過了一座普通的小型發電站所能提能的電量。

除此之外，還有一種新型的太陽能薄膜電池，可將普遍大廈改造為“發電摩天樓”。這種太陽能電池薄膜的質地異常輕薄，能柔軟地附著在各種形體的物體表面。人們只要將這種薄膜貼在摩天大樓的玻璃幕墻上，它就可以自動控制玻璃幕墻的透明度，吸收照射在玻璃上的太陽光，并通過相關設備將其轉換成電能。

凸鏡發電：制造高能太陽電池

美國一著名公司計劃利用透鏡進行聚光，然后將其投射到太陽能電池板上，由此大量增加太陽能電池的發電量。

用這種方法聚光，會使太陽能發電的效率大大提高。據統計，凸透鏡聚光法的轉化效率大約是傳統太陽能轉化效率的5倍。在通常情況下，過高的熱量可能使太陽能電池熔化。但是，研究者在這套新設備中整合了溫控系統，使太陽能電池的耐熱性能大大提高。研究者在普通太陽能電池的PV板上，加入了液態金屬制冷系統。當外界溫度升高時，液態金屬制冷系統能迅速將高達1600％的溫度降低到8℃，從而避免太陽能電池被燒壞。