王 郎

北京圣保羅美國學校

一、節(jié)能的重要性

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?？v觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。能源的開發(fā)利用極大地推進了世界經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展。

隨著我國工業(yè)化進程的加快，社會經(jīng)濟的越來越繁榮，能源的需求也越來越大，同時能源問題也日益突出。電力作為當代社會最主要的能源之一，隨著工業(yè)用電和生活用電的迅猛增加，供不應求的局面也日益顯現(xiàn)。這從每年夏天各大主要城市的拉閘限電可以得到最有力的證明。因此，在能源嚴重緊缺的今天，我們更應該珍惜能源，節(jié)約能源。

在節(jié)能的應用方面，目前主要是核能發(fā)電、太陽能發(fā)電、風能發(fā)電和水力發(fā)電。核能發(fā)電是國家層面的開發(fā)計劃，太陽能發(fā)電和風能發(fā)電投入成本也較高，目前無法大量應用于家庭；水力發(fā)電有大型發(fā)電系統(tǒng)和小型發(fā)電系統(tǒng)，大型的水力發(fā)電系統(tǒng)主要應用在江河流域（例如三峽水力發(fā)電），小型的水力發(fā)電系統(tǒng)主要應用在鄉(xiāng)村的水域地帶，但受限于水流的穩(wěn)定性。探索一種能利用家庭、小區(qū)、社區(qū)等生活或商業(yè)水管的水流壓力進行發(fā)電的普及型多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)是一個較好的探索。

二、移動電源方便我們的生活

移動電源是一種集供電和充電功能于一體的便攜式，可以給手機等數(shù)碼設(shè)備隨時隨地充電或待機供電的設(shè)備。因其方便易攜帶的特點以及數(shù)碼產(chǎn)品的高速發(fā)展，我們對其的使用日益頻繁。

隨著電子行業(yè)的繼續(xù)發(fā)展以及人們對日常生活娛樂的需求，人們對電池續(xù)航能力不夠的抱怨也越來越多。而移動電源的日常充電問題卻很難解決，移動電源忘記充電也是一個經(jīng)常性問題。所以在生活越加便捷的今天，我們更需要方便也不用花錢充電的移動電源。

三、作品組成

多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)由水流發(fā)電電機，輸水管，蓄電池，LED燈泡，紅外線感應傳感器和輸入輸出穩(wěn)壓電路組成。

發(fā)電機由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。

由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。由于產(chǎn)生電流不夠穩(wěn)定，造成實驗過程中有蓄電池和其上的LED燈的燒毀。后增加穩(wěn)壓電路，使其電流穩(wěn)定，能達到穩(wěn)定供應電流和蓄電的功能。

作品可選擇性外接紅外線探測器，利用蓄電池供電探測洗手者，節(jié)水節(jié)電。

四、工作原理

多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)由一臺或多臺小型水流發(fā)電機聯(lián)排組成，當管道通過水流時，利用管道的水流驅(qū)動水流發(fā)電機，即機械能轉(zhuǎn)化為電能，其中一部分水流發(fā)電機發(fā)出的電能直接給紅外感應器供電，而其余的水流發(fā)電機所發(fā)出的電流通過電路控制將多余的電能儲備到蓄電池。當沒有水流流過管道，水流發(fā)電機無法發(fā)出電流時，蓄電池可取下作為移動電源為設(shè)備供電，或直接利用安裝在蓄電池上的LED燈照明。多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)可以應用到普通家庭、小區(qū)、商場、公園、學校管道等用水量大的水流管道。當人們正常用水時就可以發(fā)電照明和儲備電能，讓節(jié)能應用到家庭和日常生活中，豐富我們的生活，達到節(jié)能減排、便利生活的效果。

圖示一：功能布置

圖示二：USB充電模式

圖示三：工作狀態(tài)

圖示四：工作狀態(tài)

圖示五：智能電源端

五、性能特點

所見的成品中的水流發(fā)電機參數(shù)

六、重復使用

本作品在統(tǒng)可以無限重復利用于不同管道系統(tǒng)，避免多次購買產(chǎn)品。而且產(chǎn)品使用壽命長，達到真正的節(jié)能減排。

七、產(chǎn)品優(yōu)勢

本作品在實際應用過程中，是利用水流動進行發(fā)電。而日常家庭用水過程中就可以發(fā)電照明和貯備電量。電機正常工作時，串聯(lián)三個，最大功率達到15W，輸出電量給LED燈，其照明可以達到正常使用節(jié)能燈的亮度；輸出電量給蓄電池充電時平均3小時即可充滿1500mAh的電池（參考數(shù)據(jù)：IPhone5電池容量為1440mAh）；蓄電池采用5V蓄電池，通用于各電子設(shè)備，且電池設(shè)計自帶LED照明燈，需要時可供照明或用作手電筒。整個使用過程借助水流動的推力，綠色環(huán)保，達到節(jié)能的要求。

直供電量：

存儲電量：三個電機聯(lián)排為例

注：1250萬個家庭是按河北7000萬人口，大約6個人為一個家庭估算

圖示六：智能充電控制電路

每個人一天用10分鐘，一個家庭一天用一個小時

而家庭用電，普通照明燈功率15W來計算得出，本作品一年可以為普通家庭用戶節(jié)省約15度電以上。這僅僅是一個普通家庭的用電量，那么一棟樓，一個社區(qū)，一片小區(qū)，一個市的居民，一個省的居民......這樣算下來我們?nèi)蛎考颐繎裘磕昀速M的電量就可以達到幾百億千瓦！按照現(xiàn)在煤電廠的發(fā)電情況，每發(fā)一度電需要用400g左右的煤，按河北的7000萬人口，大約每6人為一個家庭，每個家庭每天用一個小時的聯(lián)排水龍頭和管道充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)，參考直供電量和存儲電量一年就可以節(jié)省54750噸的煤資源，而且燃燒1噸煤大約排放2.66-2.72噸二氧化碳，即是煤的2.7倍左右。那么400克煤就能排出1080克二氧化碳，也就是說：1度電大約排放1公斤二氧化碳。用聯(lián)排水龍頭和管道充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)每年在河北就可以減少排放2053125噸的二氧化碳。數(shù)據(jù)是比較保守的，賓館，酒店這個使用電量高的地方，而且也是水用量高的地方，每年節(jié)省的電量是比普通家庭節(jié)省的電量要高的。

另一方面，移動電源每天平均只需要用三個小時即可充滿一個手機，每天晚上回家，通過更換蓄電池就能保證第二天工作時手機的順利運行，這為上班一族節(jié)省的時間與金錢更是無法估量。

八、產(chǎn)品擴展應用

家庭應急燈；

應急手電筒；

洗手間多彩燈光（公園、景區(qū)用）；

在小區(qū)、學校主要管道安裝大型蓄電設(shè)備（生產(chǎn)不同規(guī)格產(chǎn)品）。

九、總結(jié)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步，構(gòu)建和諧社會已是人類共同的追求。國家適時地把節(jié)能減排目標列入“十一五”發(fā)展規(guī)劃，是全面貫徹落實科學發(fā)展觀、構(gòu)建社會主義和諧社會的重大舉措，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇，對于調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、提高人民生活質(zhì)量、促進國民經(jīng)濟和社會健康發(fā)展，具有極其重要而深遠的意義。

發(fā)電企業(yè)既是為社會提供優(yōu)質(zhì)清潔能源的大型能源生產(chǎn)企業(yè)，又是一個能源消耗和污染排放的大戶，是節(jié)能減排工作的重點領(lǐng)域。而節(jié)能要人們從身邊做起，愛惜自然資源，充分利用好自然資源。多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)從利用水能發(fā)電，提高能量的利用效率，以及利用綠色能源發(fā)電，沒有對環(huán)境造成污染，結(jié)構(gòu)簡單，便于家庭普通管道以及小區(qū)大型管道安裝。如果多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)能很好的運用到日常的生活和生產(chǎn)中對能否順利完成“十一五”規(guī)劃綱要確定的節(jié)能減排約束性指標，起著不少作用。

如今的移動電源技術(shù)的日益成熟以及電子產(chǎn)品的普及，都代表著社會未來的發(fā)展離不開電能。因此，一個簡單方便容易充電的移動電源將成為都市白領(lǐng)的不二選擇。

結(jié)合目前的智慧城市建設(shè)，節(jié)能低碳生活，多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)通過目前的移動電源、LED照明、紅外線感應節(jié)水等應用結(jié)合，將發(fā)揮著改善生活，打造和諧社會的作用。