奇特的可再生發(fā)電

唯　實(shí)

在全球面臨能源危機(jī)的情況下，人們紛紛尋找可替代能源。除了水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等大家較熟悉的可再生能源外，人們也在尋找其他各式各樣可再生能源，雖然這些可再生能源不如上述可再生能源重要，但是由于其裝備相當(dāng)簡(jiǎn)單，加之往往能帶給人們意想不到的方便，所以近年來，各種各樣為人們平時(shí)想象不到的可再生能源逐步出現(xiàn)。下面，筆者就列舉幾個(gè)突出的例子。

旋轉(zhuǎn)門發(fā)電

旋轉(zhuǎn)門一點(diǎn)也不稀奇，因?yàn)樵诤芏啻蠼ㄖ锏倪M(jìn)門口都有。但是，旋轉(zhuǎn)門能發(fā)電則是相當(dāng)新鮮。如果只是在旋轉(zhuǎn)門中裝上普通發(fā)電機(jī)，使用通常的燃料使其發(fā)電，那就毫無新奇可言。但是，旋轉(zhuǎn)門不用任何燃料而能夠自行發(fā)電。2008年12月荷蘭的Driebergen-Zeist火車站就安裝了這樣的一扇自發(fā)電旋轉(zhuǎn)門，這是世界上第一個(gè)自發(fā)電旋轉(zhuǎn)門。這個(gè)旋轉(zhuǎn)門的自發(fā)電完全不是靠發(fā)電機(jī)來發(fā)電，而是巧妙地利用了人們通過旋轉(zhuǎn)門時(shí)所消耗的運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，使之轉(zhuǎn)變成為電能。門中裝備的特殊發(fā)電機(jī)是由一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁盤和一個(gè)幾乎是同樣大小的固定線圈盤所組成，當(dāng)人們推動(dòng)旋轉(zhuǎn)門通過時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)，固定線圈盤中的線圈就切割運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中的磁力線，從而在線圈中產(chǎn)生電流，完成發(fā)電操作。其原理實(shí)際上與普通發(fā)電機(jī)相似，只不過這里是磁盤在運(yùn)動(dòng)，而不是線圈繞組在運(yùn)動(dòng)，但兩者產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)則是相同的。

旋轉(zhuǎn)門中裝備了一些專門的電容器以儲(chǔ)存所產(chǎn)生的電能，并給安裝在門頂上的LED燈供電。當(dāng)儲(chǔ)存的電量用完之后，設(shè)計(jì)好的開關(guān)馬上就會(huì)連接到大樓中的主電源上，因此，即使是通過的旅客很少，門中的LED燈總是點(diǎn)著的。

有意思的是，旋轉(zhuǎn)門中用LED標(biāo)牌表示了旅客通過時(shí)所產(chǎn)生電能的多寡。如果旅客走得慢，那么標(biāo)牌上的紅色或桔黃色燈就熄滅掉：要是正常或快速通過，那么綠色指示燈就點(diǎn)著，此時(shí)表示了旅客產(chǎn)生了相當(dāng)多的電量。另外，還設(shè)計(jì)了一個(gè)指示牌來表示旋轉(zhuǎn)門到底是由人力供電還是由主電源供電。“人力供電”標(biāo)簽點(diǎn)亮表示旅客為這座綠色建筑物所作的貢獻(xiàn)。而且還在整個(gè)大樓中設(shè)計(jì)一塊很大的標(biāo)牌，及時(shí)告示旋轉(zhuǎn)門所產(chǎn)生的總電量。

Driebergen-Zeist火車站日通勤人數(shù)為8500，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)門去到旅客問訊處、食堂和訪問中心等處，車站和設(shè)計(jì)者的計(jì)算表明，每年可節(jié)約460萬度電。

我國一個(gè)中等城市大樓的旋轉(zhuǎn)門少說也得以百計(jì)，特別是車站的通勤人數(shù)更是很多，因此安裝自發(fā)電旋轉(zhuǎn)門將是一項(xiàng)不小的節(jié)能措施，值得大力提倡。

道路發(fā)電

是不是就是馬路上的照明燈?哪有什么稀奇的!如果說的是馬路旁的照明燈，那的確是毫不稀奇。這里所說的道路發(fā)電說的是汽車通過馬路時(shí)引起的振動(dòng)，傳遞到安裝在路面下的一種特殊材料上，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成為電能的一種發(fā)電裝置。這種特殊材料就是壓電晶體材料，它因?yàn)榫哂袎弘娦?yīng)而得名。所謂壓電效應(yīng)是1880年，法國物理學(xué)家居里發(fā)現(xiàn)的，把重物放在石英晶體上，晶體某些表面會(huì)產(chǎn)生電荷，電荷量與壓力成比例的一種效應(yīng)。不久后，居里又發(fā)現(xiàn)了逆壓電效應(yīng)，即在外電場(chǎng)作用下壓電體會(huì)產(chǎn)生形變。壓電效應(yīng)的機(jī)理是：具有壓電性的晶體對(duì)稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移使正負(fù)電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強(qiáng)度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時(shí)兩端面會(huì)出現(xiàn)異號(hào)電荷。反之，壓電材料在電場(chǎng)中發(fā)生極化時(shí)，會(huì)因電荷中心的位移導(dǎo)致材料變形。

2008年年底，以色列的一個(gè)公司Innowattech宣布了他們已經(jīng)發(fā)展了這樣一種道路發(fā)電技術(shù)。這種Innowattech的壓電發(fā)電機(jī)(IPEG)，嵌入在道路表面層中，通常用一層瀝青、水泥或者瀝青+水泥混合材料罩住，可以在新筑路時(shí)，或者在保養(yǎng)道路過程中進(jìn)行安裝。該公司說，安裝IPEG的費(fèi)用要比風(fēng)力或太陽能發(fā)電便宜。除了發(fā)電機(jī)，Innowattech還研發(fā)了儲(chǔ)電裝置，儲(chǔ)存的電可以為當(dāng)?shù)毓╇娀蜉斔偷诫娋W(wǎng)中。該公司宣稱，他們這種道路發(fā)電技術(shù)ikm路面每小時(shí)可以產(chǎn)生高達(dá)500kW的電力。這種技術(shù)對(duì)于公路，鐵路和機(jī)場(chǎng)跑道都適用。

盡管有人公開在網(wǎng)站上懷疑這種技術(shù)，譏諷它是所謂的“攔路搶劫”，因?yàn)樵谶@些人看來，車子在安裝了IPEG發(fā)電機(jī)的道路上行駛，會(huì)增加燃料消耗量，故有攔路搶劫過往車輛之嫌。但I(xiàn)nnowattech公司并不在乎別人怎樣說，而且這個(gè)公司的CEO，Abramovich教授還宣布，2009年1月，他們?cè)谝陨斜辈康囊粭l4車道寬100米長的公路路段上進(jìn)行了該項(xiàng)發(fā)電技術(shù)的有效性測(cè)試。

人們有理由矚目這次測(cè)試。如果如愿以償，并且加以完善和推廣，這將是一項(xiàng)非常有前途的可再生綠色發(fā)電技術(shù)。

樓梯發(fā)電

樓梯本身當(dāng)然不能發(fā)電，但是上下樓梯的人產(chǎn)生的動(dòng)能通過特殊的裝置可以轉(zhuǎn)變成為電能，人們把它稱之為樓梯發(fā)電。英國的工程師們?cè)诿绹蟾l(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種新型的地板下微型發(fā)電機(jī)。他們將這種微型發(fā)電機(jī)安裝在樓梯的每一個(gè)階梯下，當(dāng)參觀者上下樓梯踩踏時(shí)，就驅(qū)使壓縮墊子中的流體通過微型渦輪機(jī)，從而發(fā)出電來。將所產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在特別設(shè)置的電容器中，就可以為附近的電器設(shè)備供電了。他們準(zhǔn)備首先在英國普茨茅斯的三角帆塔170m高的參觀者觀景臺(tái)樓梯中安裝這樣的設(shè)備，根據(jù)工程師們的計(jì)算，每小時(shí)通過34，000旅客的話，發(fā)出的電可以點(diǎn)亮6，500個(gè)燈泡。

蹺蹺板發(fā)電

不僅翹翹板能發(fā)電，其他公共運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上的兒童玩具，旋轉(zhuǎn)木馬和秋千等擺動(dòng)設(shè)施，都可以用來發(fā)電。當(dāng)然，它們都是利用人運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，經(jīng)過特殊的裝置轉(zhuǎn)變成為電能，并不是這些運(yùn)動(dòng)設(shè)施本身能夠發(fā)電。

那么到底如何利用這些兒童運(yùn)動(dòng)設(shè)施來發(fā)電呢?試以翹翹板為例加以說明。美國杜蘭大學(xué)電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的Pandian在2004年發(fā)表的論文中對(duì)此作了描述。這種發(fā)電機(jī)實(shí)際上就是壓縮空氣發(fā)電。在蹺蹺板的兩端的下面分別連接一個(gè)圓柱形氣缸。為了保護(hù)坐蹺蹺板的人的腿部不至于受到任何傷害，在蹺蹺板的底部和氣缸的項(xiàng)部之間設(shè)置了波紋管型彈性護(hù)套。使用了雙層圓筒是為了改進(jìn)壓縮率。當(dāng)空氣進(jìn)入到止回閥之間的部位時(shí)，由于翹翹板帶動(dòng)活塞反復(fù)垂直運(yùn)動(dòng)使之壓縮，然后經(jīng)止回閥和導(dǎo)管輸出。經(jīng)導(dǎo)管輸出的壓縮空氣儲(chǔ)存在空氣缸中，在儲(chǔ)存缸中的壓縮空氣達(dá)到某一壓力之后，開關(guān)閥就自動(dòng)打開，壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)或空氣發(fā)動(dòng)機(jī)。電磁發(fā)電機(jī)的軸與汽輪機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的軸相連，這樣就發(fā)出電來了。

發(fā)出的電可儲(chǔ)存起來備用。一般來說，空氣發(fā)動(dòng)機(jī)較貴，所以可改用壓縮空氣來激勵(lì)氣缸，再用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來推動(dòng)電馬達(dá)。

經(jīng)過一年多的工作之后，2007年美國最大的教會(huì)大學(xué)楊百翰大學(xué)(Brigham Young University，BYU)在加納無電的農(nóng)村安裝了一些旋轉(zhuǎn)木馬發(fā)電機(jī)，給當(dāng)?shù)貜奈袋c(diǎn)過電燈的孩子們晚上也能在電燈下上課和學(xué)習(xí)。那么這種旋轉(zhuǎn)木馬發(fā)電機(jī)的原理是什么?原來當(dāng)孩子們?cè)谕嫘D(zhuǎn)木馬時(shí)的動(dòng)能傳遞到一個(gè)齒輪箱中，齒輪箱中設(shè)計(jì)好的齒輪將轉(zhuǎn)動(dòng)放大35倍，然后推動(dòng)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)就把這種旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為電能。發(fā)出的電儲(chǔ)存在汽車式的電池中，這樣就可以點(diǎn)亮教室和家庭里的數(shù)十只便攜式LED燈。這間大學(xué)的工程人員說：旋轉(zhuǎn)木馬所發(fā)的電量足夠手機(jī)和筆記本電腦用電。

以上幾種奇特的發(fā)電，一般來說，簡(jiǎn)單易行，不需要任何燃料，安全、清潔、可靠，成本也不是很高，特別是在邊遠(yuǎn)貧窮的無電山村里，能夠發(fā)揮巨大的作用。一旦這些嶄新的發(fā)電技術(shù)成熟，并加以推廣，將為人們的經(jīng)濟(jì)和日常生活帶來很大的利益。