關(guān)于在陸地上建立水力發(fā)電站的技術(shù)初探

邱允健

（石獅廣播電視臺(tái)，福建 石獅362700）

0 前言

人類不斷地尋找無污染、不破壞環(huán)境和生態(tài)平衡的新能源技術(shù)。在此，筆者將日常工作中的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)積累和一些心的體會(huì)及異想天開的想法與天下有識(shí)之士、老師們討論、交流請(qǐng)教，意在拋磚引玉。請(qǐng)圣賢們多加指點(diǎn)。發(fā)電廠種類很多、有風(fēng)能、熱能、核能和火力。應(yīng)用最多的是水力發(fā)電。其特點(diǎn)是利用天然江河流水?dāng)r筑成庫產(chǎn)生水流落差后形成強(qiáng)大的物理勢能推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。雖然無污染，但可能影響生態(tài)平衡。而且、可筑水庫地帶能源越來越少。那么，筆者的想法是在陸地上模擬河流攔筑成庫建立水電站。下面將討論。

1 特性發(fā)現(xiàn)，物理分析

設(shè)置容器、模擬水庫蓄水。

設(shè)置了一個(gè)帶有閥門開關(guān)裝有水的容器。在容器里的水中放入一個(gè)可以懸浮的物體（以后簡稱浮物）圖1。那么，裝有水的容器就象一個(gè)河流攔筑成型的水庫。容器的閥門就象水庫的閘門，當(dāng)打開容器的閥門水就向下流動(dòng)圖2。那么，浸浮在水中的物體隨水量減少水位下降而移動(dòng)。根據(jù)物理學(xué)原理：功等于力和受力物體在力的方向所通過的路程（距離）的乘積。

圖1

圖2

圖3

即：W=F×S。那么，從圖1中可以看出浮物所移動(dòng)的路程（距離）乘以浮物自身重量G，就是浮物在這段時(shí)間里所作的功。浮物作功W=浮物重量G乘以所通過路程，即W=G×S值得一提是浮物付出這個(gè)功是不靠任何外力輸入的，而是隨容器里的水量減少水位下降而移動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果。這是個(gè)偉大的重大的特性。下面我們就來分析討論浮力的一些現(xiàn)象。根據(jù)阿基米德浮力定律：浸在液中的物體總要受到一個(gè)向上的托力。第一，如果物體的重量大于它全部浸入液體時(shí)所受的最大浮力即大于物體所排開的等體積的量物體就要下沉一直沉到底部。第二，如果物體的重量等于它所受到的最大浮力，這時(shí)，物體可以在液體中的任何位置平衡或靜止不動(dòng)，即懸浮在液體中，例如：雞蛋的比重稍大于1、放在清水中要沉到水底，但放在濃度適度的鹽水中就可以靜止在鹽水中的任何位置處。第三，如果物體的重量小于最大浮力，物體就要上浮。

根據(jù)以上三大特點(diǎn)。為了獲得浮物能夠輸出最大的功率但又不能讓它沉到底部處，.盡可能做到（浮物重）/（液體重）比值越大越好。既然浮物不靠任何外力輸入能夠做功。我們可以利用這功來補(bǔ)償容器里的液體外流損失。看圖3，我們做了一個(gè)回流裝置，由水泵、轉(zhuǎn)動(dòng)輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成。轉(zhuǎn)動(dòng)輪通過繩索與浮物連接。浮物向下移動(dòng)可帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪1、轉(zhuǎn)動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪2可帶動(dòng)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)抽水到儲(chǔ)存容器里待用。當(dāng)容器里的水流完，浮物也隨之降到底部處。一輪運(yùn)行結(jié)束。當(dāng)把儲(chǔ)存容器的閥門打開、容器1的閥門關(guān)閉，新一輪的補(bǔ)水開始，浮物隨著容器里的水量增多水位上升而向上移動(dòng)到設(shè)置的位置處停止。浮物在做向上移動(dòng)時(shí)是不需要輸入任何外力的結(jié)果。這是阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力的一個(gè)重要特性。將儲(chǔ)存容器閥門關(guān)閉，打開容器1的閥門新一輪運(yùn)行又開始。總結(jié)以上論述歸納以下幾點(diǎn)：

1）浸在水中的浮物G隨水量的增多或減少自動(dòng)作上下移動(dòng)、移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了功W=F×S。

2）浮物做功時(shí)不靠任何外力輸入牽引拉動(dòng)，這是一個(gè)偉大重大的特性。

3）浮物作功可對(duì)容器里水外流損失補(bǔ)償。

4）根據(jù)圖1實(shí)驗(yàn)表明浮物重量G與其所浸的水的重量M的比值是3.0左右。

圖4

2 大膽設(shè)想模擬水力發(fā)電

根據(jù)以上結(jié)論，筆者設(shè)想做了一個(gè)摸擬水力發(fā)電站的模型。圖4，按照模型的工作原理，從物理學(xué)的理論來討論是否成立。打開容器A的閥門、水將向下流動(dòng)推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行。水向下流動(dòng)產(chǎn)生勢能。可是這個(gè)流水如果沒有補(bǔ)償，經(jīng)過一段時(shí)間將結(jié)束流動(dòng)。所以要有補(bǔ)償方法。也就是將容器A里流出的水收回儲(chǔ)存待用。因此，筆者在容器的上平面設(shè)立二個(gè)容器，即容器A和容器B，其底部是與容器相通，容器A與容器B都設(shè)置有浮物。根據(jù)第二章里討論過的原理，容器里的水向下流動(dòng)，與之相通的容器A,容器B將有一個(gè)水位下降，浮物下移做功，帶動(dòng)水泵抽水回另一個(gè)容器儲(chǔ)存待用，從理論上講，筆者猜想周而復(fù)始運(yùn)行。根據(jù)模擬水電站的模型運(yùn)行原理，可做以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）容器是模擬筑壩成庫的原理。

2）回流補(bǔ)償裝置是對(duì)容器里的水流失后進(jìn)行補(bǔ)償。運(yùn)作時(shí)，兩個(gè)補(bǔ)償容器切換裝水，切換空著待用。

3）運(yùn)用兩套回流裝置A、B輪換抽水補(bǔ)償，是利用物理學(xué)中的虹吸原理。

4）運(yùn)行中可能出現(xiàn)浮物做功W=F×S不能大于或等于抽水回流補(bǔ)償所需要的功，即W1=F×S不大于不等于W2=M×H。其中W1是浮物做功，W2是抽水回流所需的功，M為水量質(zhì)量，H為水位下降高度。

5）運(yùn)作前需要投入其他設(shè)備蓄水

6）將自然風(fēng)能，雨水能補(bǔ)償本機(jī)。便形成了一套天然與人造有機(jī)結(jié)合。模擬傳統(tǒng)的水力發(fā)電技術(shù)、可在陸地上、湖海中等多處建立水力發(fā)電站。

綜合以上描述，可用以下方格圖表示：

圖5