多功能自來水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)

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)展的重要物質基礎。縱觀人類社會發(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)碼設備隨時隨地充電或待機供電的設備。因其方便易攜帶的特點以及數(shù)碼產品的高速發(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、轉子、端蓋及軸承等部件構成。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構件組成。轉子由轉子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風扇及轉軸等部件組成。

由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉子連接組裝起來，使轉子能在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產生了電流。由于產生電流不夠穩(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，利用管道的水流驅動水流發(fā)電機，即機械能轉化為電能，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)，避免多次購買產品。而且產品使用壽命長，達到真正的節(jié)能減排。

七、產品優(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：IPhone5電池容量為1440mAh）；蓄電池采用5V蓄電池，通用于各電子設備，且電池設計自帶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......這樣算下來我們全球每家每戶每年浪費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備（生產不同規(guī)格產品）。

九、總結

隨著經濟的發(fā)展，社會的進步，構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、構建社會主義和諧社會的重大舉措，是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇，對于調整經濟結構、提高人民生活質量、促進國民經濟和社會健康發(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)質清潔能源的大型能源生產企業(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，結構簡單，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的日益成熟以及電子產品的普及，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的不二選擇。

結合目前的智慧城市建設，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)水等應用結合，將發(fā)揮著改善生活，打造和諧社會的作用。