多功能自来水充电发电节能系统

王 郎

北京圣保罗美国学校

一、节能的重要性

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。

随着我国工业化进程的加快，社会经济的越来越繁荣，能源的需求也越来越大，同时能源问题也日益突出。电力作为当代社会最主要的能源之一，随着工业用电和生活用电的迅猛增加，供不应求的局面也日益显现。这从每年夏天各大主要城市的拉闸限电可以得到最有力的证明。因此，在能源严重紧缺的今天，我们更应该珍惜能源，节约能源。

在节能的应用方面，目前主要是核能发电、太阳能发电、风能发电和水力发电。核能发电是国家层面的开发计划，太阳能发电和风能发电投入成本也较高，目前无法大量应用于家庭；水力发电有大型发电系统和小型发电系统，大型的水力发电系统主要应用在江河流域（例如三峡水力发电），小型的水力发电系统主要应用在乡村的水域地带，但受限于水流的稳定性。探索一种能利用家庭、小区、社区等生活或商业水管的水流压力进行发电的普及型多功能自来水充电发电节能系统是一个较好的探索。

二、移动电源方便我们的生活

移动电源是一种集供电和充电功能于一体的便携式，可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电的设备。因其方便易携带的特点以及数码产品的高速发展，我们对其的使用日益频繁。

随着电子行业的继续发展以及人们对日常生活娱乐的需求，人们对电池续航能力不够的抱怨也越来越多。而移动电源的日常充电问题却很难解决，移动电源忘记充电也是一个经常性问题。所以在生活越加便捷的今天，我们更需要方便也不用花钱充电的移动电源。

三、作品组成

多功能自来水充电发电节能系统由水流发电电机，输水管，蓄电池，LED灯泡，红外线感应传感器和输入输出稳压电路组成。

发电机由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。由于产生电流不够稳定，造成实验过程中有蓄电池和其上的LED灯的烧毁。后增加稳压电路，使其电流稳定，能达到稳定供应电流和蓄电的功能。

作品可选择性外接红外线探测器，利用蓄电池供电探测洗手者，节水节电。

四、工作原理

多功能自来水充电发电节能系统由一台或多台小型水流发电机联排组成，当管道通过水流时，利用管道的水流驱动水流发电机，即机械能转化为电能，其中一部分水流发电机发出的电能直接给红外感应器供电，而其余的水流发电机所发出的电流通过电路控制将多余的电能储备到蓄电池。当没有水流流过管道，水流发电机无法发出电流时，蓄电池可取下作为移动电源为设备供电，或直接利用安装在蓄电池上的LED灯照明。多功能自来水充电发电节能系统可以应用到普通家庭、小区、商场、公园、学校管道等用水量大的水流管道。当人们正常用水时就可以发电照明和储备电能，让节能应用到家庭和日常生活中，丰富我们的生活，达到节能减排、便利生活的效果。

图示一：功能布置

图示二：USB充电模式

图示三：工作状态

图示四：工作状态

图示五：智能电源端

五、性能特点

所见的成品中的水流发电机参数

六、重复使用

本作品在统可以无限重复利用于不同管道系统，避免多次购买产品。而且产品使用寿命长，达到真正的节能减排。

七、产品优势

本作品在实际应用过程中，是利用水流动进行发电。而日常家庭用水过程中就可以发电照明和贮备电量。电机正常工作时，串联三个，最大功率达到15W，输出电量给LED灯，其照明可以达到正常使用节能灯的亮度；输出电量给蓄电池充电时平均3小时即可充满1500mAh的电池（参考数据：IPhone5电池容量为1440mAh）；蓄电池采用5V蓄电池，通用于各电子设备，且电池设计自带LED照明灯，需要时可供照明或用作手电筒。整个使用过程借助水流动的推力，绿色环保，达到节能的要求。

直供电量：

存储电量：三个电机联排为例

注：1250万个家庭是按河北7000万人口，大约6个人为一个家庭估算

图示六：智能充电控制电路

每个人一天用10分钟，一个家庭一天用一个小时

而家庭用电，普通照明灯功率15W来计算得出，本作品一年可以为普通家庭用户节省约15度电以上。这仅仅是一个普通家庭的用电量，那么一栋楼，一个社区，一片小区，一个市的居民，一个省的居民......这样算下来我们全球每家每户每年浪费的电量就可以达到几百亿千瓦！按照现在煤电厂的发电情况，每发一度电需要用400g左右的煤，按河北的7000万人口，大约每6人为一个家庭，每个家庭每天用一个小时的联排水龙头和管道充电发电节能系统，参考直供电量和存储电量一年就可以节省54750吨的煤资源，而且燃烧1吨煤大约排放2.66-2.72吨二氧化碳，即是煤的2.7倍左右。那么400克煤就能排出1080克二氧化碳，也就是说：1度电大约排放1公斤二氧化碳。用联排水龙头和管道充电发电节能系统每年在河北就可以减少排放2053125吨的二氧化碳。数据是比较保守的，宾馆，酒店这个使用电量高的地方，而且也是水用量高的地方，每年节省的电量是比普通家庭节省的电量要高的。

另一方面，移动电源每天平均只需要用三个小时即可充满一个手机，每天晚上回家，通过更换蓄电池就能保证第二天工作时手机的顺利运行，这为上班一族节省的时间与金钱更是无法估量。

八、产品扩展应用

家庭应急灯；

应急手电筒；

洗手间多彩灯光（公园、景区用）；

在小区、学校主要管道安装大型蓄电设备（生产不同规格产品）。

九、总结

随着经济的发展，社会的进步，构建和谐社会已是人类共同的追求。国家适时地把节能减排目标列入“十一五”发展规划，是全面贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，对于调整经济结构、提高人民生活质量、促进国民经济和社会健康发展，具有极其重要而深远的意义。

发电企业既是为社会提供优质清洁能源的大型能源生产企业，又是一个能源消耗和污染排放的大户，是节能减排工作的重点领域。而节能要人们从身边做起，爱惜自然资源，充分利用好自然资源。多功能自来水充电发电节能系统从利用水能发电，提高能量的利用效率，以及利用绿色能源发电，没有对环境造成污染，结构简单，便于家庭普通管道以及小区大型管道安装。如果多功能自来水充电发电节能系统能很好的运用到日常的生活和生产中对能否顺利完成“十一五”规划纲要确定的节能减排约束性指标，起着不少作用。

如今的移动电源技术的日益成熟以及电子产品的普及，都代表着社会未来的发展离不开电能。因此，一个简单方便容易充电的移动电源将成为都市白领的不二选择。

结合目前的智慧城市建设，节能低碳生活，多功能自来水充电发电节能系统通过目前的移动电源、LED照明、红外线感应节水等应用结合，将发挥着改善生活，打造和谐社会的作用。