王 郎

北京圣保羅美國(guó)學(xué)校

一、節(jié)能的重要性

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

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的越來(lái)越繁榮，能源的需求也越來(lái)越大，同時(shí)能源問(wèn)題也日益突出。電力作為當(dāng)代社會(huì)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(yīng)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(yán)重緊缺的今天，我們更應(yīng)該珍惜能源，節(jié)約能源。

在節(jié)能的應(yīng)用方面，目前主要是核能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和水力發(fā)電。核能發(fā)電是國(guó)家層面的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電投入成本也較高，目前無(wú)法大量應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)行發(fā)電的普及型多功能自來(lái)水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)是一個(gè)較好的探索。

二、移動(dòng)電源方便我們的生活

移動(dòng)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(jī)等數(shù)碼設(shè)備隨時(shí)隨地充電或待機(jī)供電的設(shè)備。因其方便易攜帶的特點(diǎn)以及數(shù)碼產(chǎn)品的高速發(fā)展，我們對(duì)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(duì)日常生活?yuàn)蕵?lè)的需求，人們對(duì)電池續(xù)航能力不夠的抱怨也越來(lái)越多。而移動(dòng)電源的日常充電問(wèn)題卻很難解決，移動(dòng)電源忘記充電也是一個(gè)經(jīng)常性問(wèn)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(dòng)電源。

三、作品組成

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

發(fā)電機(jī)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(jī)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(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。

由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)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(shí)驗(yàn)過(guò)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(dá)到穩(wěn)定供應(yīng)電流和蓄電的功能。

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

四、工作原理

多功能自來(lái)水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)由一臺(tái)或多臺(tái)小型水流發(fā)電機(jī)聯(lián)排組成，當(dāng)管道通過(guò)水流時(shí)，利用管道的水流驅(qū)動(dòng)水流發(fā)電機(jī)，即機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，其中一部分水流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能直接給紅外感應(yīng)器供電，而其余的水流發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電流通過(guò)電路控制將多余的電能儲(chǔ)備到蓄電池。當(dāng)沒(méi)有水流流過(guò)管道，水流發(fā)電機(jī)無(wú)法發(fā)出電流時(shí)，蓄電池可取下作為移動(dòng)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(lái)水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)可以應(yīng)用到普通家庭、小區(qū)、商場(chǎng)、公園、學(xué)校管道等用水量大的水流管道。當(dāng)人們正常用水時(shí)就可以發(fā)電照明和儲(chǔ)備電能，讓節(jié)能應(yīng)用到家庭和日常生活中，豐富我們的生活，達(dá)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(diǎn)

所見(jiàn)的成品中的水流發(fā)電機(jī)參數(shù)

六、重復(fù)使用

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

七、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

本作品在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，是利用水流動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。而日常家庭用水過(guò)程中就可以發(fā)電照明和貯備電量。電機(jī)正常工作時(shí)，串聯(lián)三個(gè)，最大功率達(dá)到15W，輸出電量給LED燈，其照明可以達(dá)到正常使用節(jié)能燈的亮度；輸出電量給蓄電池充電時(shí)平均3小時(shí)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(jì)自帶LED照明燈，需要時(shí)可供照明或用作手電筒。整個(gè)使用過(guò)程借助水流動(dòng)的推力，綠色環(huán)保，達(dá)到節(jié)能的要求。

直供電量：

存儲(chǔ)電量：三個(gè)電機(jī)聯(lián)排為例

注：1250萬(wàn)個(gè)家庭是按河北7000萬(wàn)人口，大約6個(gè)人為一個(gè)家庭估算

圖示六：智能充電控制電路

每個(gè)人一天用10分鐘，一個(gè)家庭一天用一個(gè)小時(shí)

而家庭用電，普通照明燈功率15W來(lái)計(jì)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(gè)普通家庭的用電量，那么一棟樓，一個(gè)社區(qū)，一片小區(qū)，一個(gè)市的居民，一個(gè)省的居民......這樣算下來(lái)我們?nèi)蛎考颐繎裘磕昀速M(fèi)的電量就可以達(dá)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(wàn)人口，大約每6人為一個(gè)家庭，每個(gè)家庭每天用一個(gè)小時(shí)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(chǔ)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(shuō)：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(gè)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(dòng)電源每天平均只需要用三個(gè)小時(shí)即可充滿一個(gè)手機(jī)，每天晚上回家，通過(guò)更換蓄電池就能保證第二天工作時(shí)手機(jī)的順利運(yùn)行，這為上班一族節(jié)省的時(shí)間與金錢更是無(wú)法估量。

八、產(chǎn)品擴(kuò)展應(yīng)用

家庭應(yīng)急燈；

應(yīng)急手電筒；

洗手間多彩燈光（公園、景區(qū)用）；

在小區(qū)、學(xué)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(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，構(gòu)建和諧社會(huì)已是人類共同的追求。國(guó)家適時(shí)地把節(jié)能減排目標(biāo)列入“十一五”發(fā)展規(guī)劃，是全面貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的重大舉措，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇，對(duì)于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、提高人民生活質(zhì)量、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)健康發(fā)展，具有極其重要而深遠(yuǎn)的意義。

發(fā)電企業(yè)既是為社會(huì)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(gè)能源消耗和污染排放的大戶，是節(jié)能減排工作的重點(diǎn)領(lǐng)域。而節(jié)能要人們從身邊做起，愛(ài)惜自然資源，充分利用好自然資源。多功能自來(lái)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(méi)有對(duì)環(huán)境造成污染，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)能很好的運(yùn)用到日常的生活和生產(chǎn)中對(duì)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(biāo)，起著不少作用。

如今的移動(dòng)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(huì)未來(lái)的發(fā)展離不開(kāi)電能。因此，一個(gè)簡(jiǎn)單方便容易充電的移動(dòng)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(lái)水充電發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)通過(guò)目前的移動(dòng)電源、LED照明、紅外線感應(yīng)節(jié)水等應(yīng)用結(jié)合，將發(fā)揮著改善生活，打造和諧社會(huì)的作用。