节能创新思路:收集零碎能量 晓阳 |
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随着全球气候变暖的加剧和能源的紧缺,节能越来越受到人们的重视。近年来,节能领域出现了一种创新性的思路:收集零碎能量。目前,世界上有不少研究机构在设计收集零碎能量的系统,并取得了一定的成效,其中以德国研究人员的成果最多。 收集零碎能量的创意是近几年才出现的,它实际上是把一些零碎能量收集起来,再转化为电能。由于这个装置收集的是零碎能量,因此它也很小,产生的电能也主要是为一些微型电器供电。收集零碎能量的研究现在还算是冷僻项目,不少研究人员都在孤军作战。与那些孤军作战的研究人员相比,德国弗莱堡大学的相关研究人员就比较幸福了。德国政府为了更好地节能,划拨了专项基金,在弗莱堡大学增设了一个零碎能量收集学院。这个学院创办以来,已经开发了20多个零碎能量收集系统,可“见缝插针”地充分利用更多的、哪怕是极其微小的能量。 人们每天都要走路和跑步,这会产生大量的能量,研究人员就开发出鞋底发电系统。目前,长跑锻炼的人就可以在市场上买到一种特殊的运动鞋,鞋底有一个微型计步器和电波发射器,可以把迈步的次数自动发给系在腰带上的显示器,但给这套系统供电的还是电池。在弗莱堡大学的彼特·沃亚斯教授看来,这套系统完全可以不用额外的电池。他利用压电陶瓷,可以把双脚每次落地时生成的压力转换成电力,这么零碎的电力就足够为计步系统供电了。 或许有人说为计步系统供电似乎有些小题大做,而能收集零碎能量的节能开关则节能效果很明显。我们的住房里有许多开关,电路一般都是从安装电器的地方拉出一根较粗的电线接到开关,再从开关拉出另一根电线回到电器。现在,沃亚斯等人设计出一种可以收集零碎能量的开关,用户一按压开关就开始发电,这些电能可以用来发射很短的控制电器的电波信号。根据这样的开关设计,那些从开关到电器的电线就可以省掉了,一户住宅可以节省50%的电线,还可以省去两者之间的电线、电能以及为了生产、铺设和维护这些电线所消耗的能量。 还有一个很有名的应用是在汽车轮胎上安装一个微型发电系统,利用轮胎在转动、振动和加速过程中的机械能量生产电能,驱动一个小小的、附带电波发射模块的压力传感器。轮胎压力是一个重要的交通安全因素,因此,美国政府不久将会颁布一项法令,要求汽车必须配备轮胎压力传感装置。届时,零碎能量收集系统的开发肯定将会大派用场。这种系统不仅可以把汽车轮胎的持续振动能量转换成电能,而且也可以把材料部件的机械负荷以及内张力等转换成电能,比如说分布在飞机机翼各处的传感器就可以利用机翼的机械负荷生产足够的电力,向驾驶舱通报机翼的负荷情况,避免飞机因机翼负荷过重而发生事故。 德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所副所长维特沃博士认为,采集零碎能量是近年来节能领域内的一种创新性方法。今天的世界需要越来越多的传感器,需要越来越多的自动控制,零碎能量收集系统的市场前景十分广阔,不但可以用于日常生活,在医疗、工业、航空航天等领域中也将大显身手。由于技术发展,特别是微电子技术的发展,所有的电子器件将变得越来越小、越来越分散。那么,如何为这些微小系统供电以保障它们的运转就成为一个关键问题。而利用采集零碎能量的方式,就可以很简便地实现为传感器等微型电子器件供电的目的。零碎能量收集系统不但能大大节省能源,而且可以让我们的生活变得更安全、更舒适。 晓阳 |