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  • 探索各种发电方式有感

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  各种发电方式,如火力发电、水力发电、风力发电、核能发电、太阳能发电和固体发电等,它的发展都是从发电原理的创建,经过发电实验的证实,进而设计高效率的发电机。发电机是把除电能以外的各种形式的能量转换成电能的机器。最早产生于二次工业革命时期,由德国工程师西门子于年制成。由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流、汽流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转换为机械能传送给发电机,再由发电机转换为电能。到目前为止,极大部份的发电机都是基于这种磁电感应原理的。然而,近年来从发电原理到实用发电机的设计研制都有新发展,如光伏、压电、热释电等被称为固体发电机的问世和发展。如今,在形式上有点相似,原理上绝然不同的发电原理有如下三种:

  除了通过传统的所谓导线在切割磁力线时能产生流过导线的电流外,一些特殊材料的发现和研制成功,特别是压电陶瓷和热释电陶瓷的大量制备和应用,已能实现在合适的交变应力作用下产生有实用价值的电场、电流;和交变温度作用下产生有应用价值的电场、电流。实现机械能和热能到电能的直接转换。

  压电、热释电陶瓷之所以能发电是因为这种陶瓷的每一个微小的晶粒内都存在可永久保存的自发极化。在强大的外电场作用下会沿电场方向排列整齐,使整个晶体具有极性。它们受应力或温度的变化对外可感应电现象。外加应力愈大、变化频率愈高,发电功率愈大。在共振频率下可获得很高的能量转换效率。需要电压高电流小的压电电源时,可选用块状压电陶瓷;需要低电压较大电流的压电电源时,可选用薄片压电陶瓷集成。目前文献报导已有各类产品,用于各种类型的充电电源。它的特点是体积小、重量轻,可随身带,特别是在没有电源的高山区或沙漠地。它可利用各种各样的机械动力、畜力发电,可使用于各种苛刻环境条件下,不受磁场以至核幅射的影响,不老化。

  我们在1965年用一个食指那么大小的压电组件,它是由四个尺寸为直径8-10毫米厚度为10毫米的压电陶瓷组成的功能块,在自制的动力机械上,能持久产生32-40瓦的交流电功率。研制成功用于手提压电x光机的压电功能块,能持久一分钟发电180瓦。从当前网上能查到的各种大小压电发电应用看,今后的发展其规模会很大的。

  我个人认为,曾经几起几落的热释电发电的发展前途更为诱人。极化后的铁电陶瓷在交变温度的作用下,由于铁电体内固有存在的“自发极化”随温度的变化也能对外感应电场、电流。

  最近实验已证明,选用不同的热释电材料和适当的工作方式,并在所谓“匹配”的条件下可产生可观的电能。这种电能是通过极化的变化从热能转换过来的。这就是所谓的热释电发电机。虽然目前尚未看到有实用的报导,但从热释电材料的发展和最近实验的可喜结果,加上这种发电方式可适用于常温和大量余热得以应用等优点,前途是宽广的。

  值得注意的是磁电是在空间感应的,也就是在任何不导电的地方都可以超距离感应,但在水里不行。压电感应发生于压电体内,但产生的声波或超声波可在水中传波。热释电感应在铁电体内,但产生的热波可到处传送。这三种不同性质的感应有着极其广泛的应用,所以固体发电无论从原理到应用尚处于发展起始阶段,前途很大。譬如在月球、火星等其他星球上,固体发电机将有可能成为主要的电源。




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