海浪能发电吗?

在港口附近的近海,为了使船舶安全进出港口,往往设置许多航标灯来指引夜间船舶的航向。以前,由专人和船来安装或更换电池是非常麻烦和昂贵的。

1940年,英国工程师塞缪尔发明了波浪发电机,利用波浪上下运动的动力,带动空气涡轮发电,点亮航标灯。它的原理并不复杂:波浪上下波动时,浮体上下运动,气室中的空气不断压缩膨胀,就像风箱一样。压缩空气以极快的速度从露出海面的喷嘴喷出,冲向涡轮,使其快速旋转,带动发电机发电。

此后,绝大多数的航标灯都采用了这种装置。再也不需要派人去点亮航标灯了。

工程师穆特尔是个聪明人,善于思考。他的别墅建在山上,经常断水,就在别墅的楼顶设了一个水池。他用连杆把一个家用活塞泵和别墅的大门连接起来。每个推门进屋的人都可以把20公斤的水放在屋顶的水池上。客人们来到别墅后,抱怨穆埃尔特尔家的门太重,特别难打开。我建议他修理它。塞缪尔总是笑着说:“不用修。这个门是我的泳池泵的能量来源。你一推门,我就不担心用水了!”客人们知道内情后,都称赞塞缪尔很有头脑。正是这种足智多谋的性格,让缪尔泰尔成为拥有多项专利的发明家。

塞缪尔也是一个非常执着的人。无论如何,他会成功的。

鸡蛋能站在光滑的桌子上吗?这是一个老问题。

人们认为这是不可能的,但后来他们找到了两种解决方案。

一个是众所周知的哥伦布解决方案。他把鸡蛋敲在桌子上,蛋壳碎了,但鸡蛋却纹丝不动。没有人像哥伦布那样做过或想过。哥伦布做到了,体现了非凡的创新和探索精神。这就是发现“新世界”所需要的精神。

另一种是更科学、更巧妙的方法。当你旋转鸡蛋时,它也在旋转。

在随后的几百年里,人们只把这个问题作为“脑筋急转弯”来考孩子。但还是有人锲而不舍地把它当做科学命题来研究。也就是说,如果不把鸡蛋打碎并旋转,鸡蛋能立起来吗?

塞缪尔就是这些“死胡同”中的一个。他把鸡蛋放在显微镜下,发现蛋壳的表面是一个凹凸不平的粗糙面:高度的平均高度为0.2毫米,高点的平均间距为0.8毫米,在一个铅笔芯那么大的区域内,至少有三个高点。从物理学的原理来说,只要鸡蛋重心的垂直线经过这三点的中间,鸡蛋理论上就能站起来。经过无数次的反复实验,塞缪尔真的把鸡蛋完好无损地、纹丝不动地立了起来。

塞缪尔就是这样一位拥有巨大智慧和认真分析观察态度的科学家。

有一次,轮到塞缪尔从英国乘船去法国。晚上,他看到领航员们驾着船去更换航标灯的电池。他想,为什么海浪落在一起的力量不利于发电,不利于解决航标灯的供电?从此,他与海浪结下了不解之缘。他经常独自坐在海边,观察海浪,思考如何将上下运动的海浪能量转化为高速旋转的机械能,从而带动发电机发电。一天晚上,他在海边呆了很久,直到开始下雨,他才匆匆赶回。途中,雨越下越大,缪尔泰躲在一家铁匠铺里躲雨。看着铁匠妻子的手拉着风箱一进一出,他心里不禁一动。他冒雨赶回家,在地下室工作了一整夜。经过三天的战斗,穆尔特尔建造了一个像风箱一样的空气活塞波发电装置。

这个发电装置有一个直径60厘米,长4米的圆柱体,上面有两个活塞室,垂直沉入海中,部分露出水面,就像一个浮标。当波浪上下波动时,活塞腔内的空气不断被压缩和膨胀,就像风箱一样。压缩空气以极快的速度从露出海面的喷嘴喷出,冲向涡轮叶片,使其快速旋转,从而带动浮筒上方的发电机发电。塞缪尔把发电机送到海里进行测试。过了一会儿,浮标上的灯真的亮了。塞缪尔非常高兴,他对发电装置进行了一些改进,使发电性能更好。一台发电机能发出100千瓦的电,足够航海灯用了。

海浪是由海上的风引起的海面水的运动。浪的大小取决于风力,大浪高,小波低。在典型的海洋中部,高度为15米的波浪可以在8秒的周期内升起,大风暴掀起的波浪可以高达10米。汹涌的海浪蕴含着巨大的能量。据科学家测试,海浪对海岸的冲击力可达每平方米20 ~ 30吨,大浪甚至可达60吨。就像一个有着无穷力量的壮汉。它能把重达10多吨的岩石抛到20 ~ 30米的高度,能冲走上千吨的混凝土防波堤的地基,甚至能把万吨级的大船吊到岸边。在1平方公里的海面上,一波落浪蕴藏着20万千瓦的能量,全世界波浪能总储量为109千瓦,是一个巨大的取之不尽、用之不竭的能源。

波浪除了上下运动的能量外,还有横向运动和旋转运动的能量。塞缪尔的成功激起了人们对海浪能源的热情。目前,世界上许多国家都设计了不同的装置来测试不同方向运动的能量。

最常见的是塞缪尔发明的空气活塞波发生器。单个发电机的发电能力是有限的,现在科学家已经建造了一艘带有许多装置的波浪发电船。这种船长80米,宽12米,重500吨。它配备了20个浮标,可以在3米高的海浪表面产生约2000千瓦的电力。

目前还开发了固定式海岸波浪发电装置。它将空气活塞室固定在海岸上,通过管道内水面的波动来代替浮标的上下运动,使活塞室内的空气反复压缩膨胀,从而将横向运动的波浪能转化为机械能,带动发电机发电。每台沿海固定发电机的容量为65,438+0,000千瓦。

美国、英国、法国、日本等国也在20世纪90年代研制出了一种更经济的发电装置——气囊波浪发电机。科学家将特制的软气囊漂浮在海面上,然后用链轴串联起来,比如同样粗的软管横跨海面。海浪拍打着气囊,气囊里的空气被压缩了。压缩空气驱动空气涡轮,空气涡轮又驱动发电机发电。一个由4000个气囊组成的波浪能发电装置可以发电2000万千瓦。

近日,日本研发出一种名为“人造环礁”的海浪发电装置,直径75米,看起来就像一个巨大的油炸甜甜圈,只有顶部露出水面。海浪冲击环礁边缘,从中央喷嘴喷出,冲击中间的涡轮,产生电力。一台设备发电量654.38+万千瓦。

自20世纪初以来,人类一直在不懈地寻找探索波浪能的方法。到20世纪末,科学家们已经成功地研制出各种波浪能发电装置。英国、美国、法国、日本、意大利等国家已经开始利用波浪能发电,节约了大量能源。中国也在积极研制波浪能发电装置,并已投入试验。对于中国这样一个拥有漫长海岸线的国家来说,仅大陆沿海就至少有6543.8+0.2亿千瓦的波浪能等待我们去开发利用。

科学家预测,在21世纪初,经过进一步的改进,波浪发电装置将大量投入使用。到21世纪中叶,海浪将像石油、煤炭、风力、潮汐等能源一样为人类服务。它不仅能让导航灯发光,还能把光送到地球的许多角落,照亮人类的生活。