關(guān)于在陸地上建立水力發(fā)電站的技術(shù)初探

邱允健

（石獅廣播電視臺(tái)，福建 石獅362700）

0 前言

人類不斷地尋找無(wú)污染、不破壞環(huán)境和生態(tài)平衡的新能源技術(shù)。在此，筆者將日常工作中的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)積累和一些心的體會(huì)及異想天開(kāi)的想法與天下有識(shí)之士、老師們討論、交流請(qǐng)教，意在拋磚引玉。請(qǐng)圣賢們多加指點(diǎn)。發(fā)電廠種類很多、有風(fēng)能、熱能、核能和火力。應(yīng)用最多的是水力發(fā)電。其特點(diǎn)是利用天然江河流水?dāng)r筑成庫(kù)產(chǎn)生水流落差后形成強(qiáng)大的物理勢(shì)能推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。雖然無(wú)污染，但可能影響生態(tài)平衡。而且、可筑水庫(kù)地帶能源越來(lái)越少。那么，筆者的想法是在陸地上模擬河流攔筑成庫(kù)建立水電站。下面將討論。

1 特性發(fā)現(xiàn)，物理分析

設(shè)置容器、模擬水庫(kù)蓄水。

設(shè)置了一個(gè)帶有閥門開(kāi)關(guān)裝有水的容器。在容器里的水中放入一個(gè)可以懸浮的物體（以后簡(jiǎn)稱浮物）圖1。那么，裝有水的容器就象一個(gè)河流攔筑成型的水庫(kù)。容器的閥門就象水庫(kù)的閘門，當(dāng)打開(kāi)容器的閥門水就向下流動(dòng)圖2。那么，浸浮在水中的物體隨水量減少水位下降而移動(dòng)。根據(jù)物理學(xué)原理：功等于力和受力物體在力的方向所通過(guò)的路程（距離）的乘積。

圖1

圖2

圖3

即：W=F×S。那么，從圖1中可以看出浮物所移動(dòng)的路程（距離）乘以浮物自身重量G，就是浮物在這段時(shí)間里所作的功。浮物作功W=浮物重量G乘以所通過(guò)路程，即W=G×S值得一提是浮物付出這個(gè)功是不靠任何外力輸入的，而是隨容器里的水量減少水位下降而移動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果。這是個(gè)偉大的重大的特性。下面我們就來(lái)分析討論浮力的一些現(xiàn)象。根據(jù)阿基米德浮力定律：浸在液中的物體總要受到一個(gè)向上的托力。第一，如果物體的重量大于它全部浸入液體時(shí)所受的最大浮力即大于物體所排開(kāi)的等體積的量物體就要下沉一直沉到底部。第二，如果物體的重量等于它所受到的最大浮力，這時(shí)，物體可以在液體中的任何位置平衡或靜止不動(dòng)，即懸浮在液體中，例如：雞蛋的比重稍大于1、放在清水中要沉到水底，但放在濃度適度的鹽水中就可以靜止在鹽水中的任何位置處。第三，如果物體的重量小于最大浮力，物體就要上浮。

根據(jù)以上三大特點(diǎn)。為了獲得浮物能夠輸出最大的功率但又不能讓它沉到底部處，.盡可能做到（浮物重）/（液體重）比值越大越好。既然浮物不靠任何外力輸入能夠做功。我們可以利用這功來(lái)補(bǔ)償容器里的液體外流損失。看圖3，我們做了一個(gè)回流裝置，由水泵、轉(zhuǎn)動(dòng)輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成。轉(zhuǎn)動(dòng)輪通過(guò)繩索與浮物連接。浮物向下移動(dòng)可帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪1、轉(zhuǎn)動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪2可帶動(dòng)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)抽水到儲(chǔ)存容器里待用。當(dāng)容器里的水流完，浮物也隨之降到底部處。一輪運(yùn)行結(jié)束。當(dāng)把儲(chǔ)存容器的閥門打開(kāi)、容器1的閥門關(guān)閉，新一輪的補(bǔ)水開(kāi)始，浮物隨著容器里的水量增多水位上升而向上移動(dòng)到設(shè)置的位置處停止。浮物在做向上移動(dòng)時(shí)是不需要輸入任何外力的結(jié)果。這是阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力的一個(gè)重要特性。將儲(chǔ)存容器閥門關(guān)閉，打開(kāi)容器1的閥門新一輪運(yùn)行又開(kāi)始。總結(jié)以上論述歸納以下幾點(diǎn)：

1）浸在水中的浮物G隨水量的增多或減少自動(dòng)作上下移動(dòng)、移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了功W=F×S。

2）浮物做功時(shí)不靠任何外力輸入牽引拉動(dòng)，這是一個(gè)偉大重大的特性。

3）浮物作功可對(duì)容器里水外流損失補(bǔ)償。

4）根據(jù)圖1實(shí)驗(yàn)表明浮物重量G與其所浸的水的重量M的比值是3.0左右。

圖4

2 大膽設(shè)想模擬水力發(fā)電

根據(jù)以上結(jié)論，筆者設(shè)想做了一個(gè)摸擬水力發(fā)電站的模型。圖4，按照模型的工作原理，從物理學(xué)的理論來(lái)討論是否成立。打開(kāi)容器A的閥門、水將向下流動(dòng)推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行。水向下流動(dòng)產(chǎn)生勢(shì)能。可是這個(gè)流水如果沒(méi)有補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間將結(jié)束流動(dòng)。所以要有補(bǔ)償方法。也就是將容器A里流出的水收回儲(chǔ)存待用。因此，筆者在容器的上平面設(shè)立二個(gè)容器，即容器A和容器B，其底部是與容器相通，容器A與容器B都設(shè)置有浮物。根據(jù)第二章里討論過(guò)的原理，容器里的水向下流動(dòng)，與之相通的容器A,容器B將有一個(gè)水位下降，浮物下移做功，帶動(dòng)水泵抽水回另一個(gè)容器儲(chǔ)存待用，從理論上講，筆者猜想周而復(fù)始運(yùn)行。根據(jù)模擬水電站的模型運(yùn)行原理，可做以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）容器是模擬筑壩成庫(kù)的原理。

2）回流補(bǔ)償裝置是對(duì)容器里的水流失后進(jìn)行補(bǔ)償。運(yùn)作時(shí)，兩個(gè)補(bǔ)償容器切換裝水，切換空著待用。

3）運(yùn)用兩套回流裝置A、B輪換抽水補(bǔ)償，是利用物理學(xué)中的虹吸原理。

4）運(yùn)行中可能出現(xiàn)浮物做功W=F×S不能大于或等于抽水回流補(bǔ)償所需要的功，即W1=F×S不大于不等于W2=M×H。其中W1是浮物做功，W2是抽水回流所需的功，M為水量質(zhì)量，H為水位下降高度。

5）運(yùn)作前需要投入其他設(shè)備蓄水

6）將自然風(fēng)能，雨水能補(bǔ)償本機(jī)。便形成了一套天然與人造有機(jī)結(jié)合。模擬傳統(tǒng)的水力發(fā)電技術(shù)、可在陸地上、湖海中等多處建立水力發(fā)電站。

綜合以上描述，可用以下方格圖表示：

圖5