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风能属于可再生能源,环保又洁净。自古以来,人们就能利用风力抽水、灌溉、磨面、舂米,在能源日渐告急的今天,除了传统的带叶风车,科学家们也在不断寻找和开发新型风能发电机。那么人们都发明了些什么呢?
没有叶片的“风车”
说到风能的利用,就不得不提及风车,我们现在的风车一般为白色,带有三个大叶片,不断地转呀转,给我们提供电力。
如果把风车的叶片摘掉,也能发电,你信不信?
确实有像一根烟囱一样没有叶片的“风车”,直挺挺地立在荒野之上,这种名不副实的“风车”叫做Vortex风力发电机。
发电机的桅杆由玻璃纤维和碳素纤维组成,当风吹来时,桅杆便会开始随风振荡,像一个不倒翁,并获取风的能量。这是一种在风碰撞固体结构时会发生的空气动力效应。
无叶片新型风车和传统风车一样,比较大型,需要安装在人烟稀少的地方。那么它有什么优点呢?
在同样的占地面积下,传统风车只能安装两个,而无叶片新型风车却可以安装四个,这使能量收集量大大提高。而与传统风车相比,在产生相同能量的情况下,无叶片新型风车的总成本要少40%,它不仅去除了叶片,柱子内部还没齿轮等部件,既减少了建造用的材料,也减少了维修成本。
最重要的是,这种新型风车还“保护”了鸟类,无叶片设计使得它不会削死偶然飞至那里的鸟儿。这种风车在一定频率下振荡,整体噪声不会超过20赫兹,这个频率对于人类来说已相当于静音状态了,因为一般情况下,人类的听觉是在20至2万赫兹之间。
“草地”风力发电机
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炎热的夏天,你家有没有因为市区供电量不足而停过电,使你一个下午都无法清凉静心?你家屋顶上吹过的风充满了能量,如果能利用它,是不是不用担心停电了呢?
一种新型风力发电机可以帮你实现这个愿望。它就像是一片地毯,覆盖在屋顶的表面,地毯上面“种满”一种立起来的有弹性的塑料条,一眼望过去,直立规整排列的塑料条就像是排排站的多米诺骨牌,也像是一片草地。起风时,塑料条跟小草一样会在风中摇摆,在不断摇摆的时候就能产生电力。
它的奥秘在于塑料软条,塑料软条类似于扁平的木板,主要有两个侧面,一侧是纳米线,另一侧是一层氧化铟锡。当塑料软条在风中摇摆时,纳米线会拍击相邻塑料软条的氧化铟锡表面。短暂的接触可使电子跳跃,通过一种被称为摩擦电效应创造出电流。
屋顶上占地300平方米的“塑料草地”,预计能提供7.11千瓦的电力,这应该足够一个家庭日常生活使用了。与传统风力发电机组相比,这种发电机从自然风吹动的任何方向,都能有效地收获能量。而这种电力收获系统很简单,易于推广普及。
但到目前为止,发电机只在实验室里进行过测试,测试中,研究人员在一个模型屋顶,用60根塑料软条造出“塑料草地”。这产生的电力足够点亮60个LED灯。
“塑料草地”发电机有很强的能力,既能从稳定的风中获得能量,也能从狂暴的阵风中获取能量。因此,在风速低至21千米/小时的时候(大约5级风,小树枝摇动、水面有小波浪),“塑料草地”仍然能工作。而最有用的能量是在风速将近100千米/小时时产生的,这个风速已经算是10级的风暴了。
研究人员未来的难题,也是该系统至关重要的一点——能源存储问题。就是如何使得“塑料草地”时刻产生的能量储存起来,直到人们需要用这些能量的时候才释放呢?
此外,由于塑料软条的一侧是铟锡氧化物,其力学性能较差、成本较高,又有毒性,有些人认为它是不合适的材料。因此,研究人员也在寻找可以替代它的其他材料。
呼吸面罩来充电
既然风能可以发电,那我们正常呼吸时,呼气吸气也会产生风呀,能不能也用来发电呢?据说一个成年人每天呼吸2万多次,体重为70千克的健康人在休息时每分钟可以呼出0.25升二氧化碳,日常活动每分钟为1升。这些气体与其“浪费”掉,为何不好好利用,也用来发电呢?
巴西科学家就想到这一点,并发明一种靠呼吸来为手机充电的面罩——AIRE面罩。它能够将使用者在呼吸过程中所产生的风能收集起来,并且将其转换成电能,从而为手机或者其他小型电器充电。
那这神奇的面罩如何工作呢?其实原理很简单,面罩的内部安装有一个小型风力发电机,呼吸时所呼出的气体能够促使发电机运作,从而产生电能,这部分能量又通过电线传送至电子设备,从而完成整个能量的收集与转换过程。
无论是在室内,还是室外,无论你是在运动、睡觉还是读书,只要戴上这个面罩,它就能工作,收集利用我们在日常活动当中所产生的能量,为小型电器充电。
现在各种电子设备为人类提供了便利,但它们每天都需要消耗大量的电能,如果戴上这种呼吸面罩,那么不仅能节省你家里的电费,还能保护环境。如果跑步时戴着这样的面罩的话,呼出的风又大又多,手机充电就更快了,这说不定还能鼓励使用者多参加体育锻炼。
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