張弛往復(fù)式發(fā)電裝置

馬珺堯

每當(dāng)看見車流、人流潮水般從眼前經(jīng)過時(shí)，我總在想，既然人們能夠利用太陽能、風(fēng)能、核能、地?zé)?、海洋能、生物能等可再生能源發(fā)電，那為什么就不能利用車流、人流的動(dòng)能來發(fā)電呢？

車流、人流動(dòng)能做功張弛往復(fù)式發(fā)電

利用課余時(shí)間，我構(gòu)思了利用車流、人流動(dòng)能的發(fā)電裝置。該裝置由壓板、壓輪、主軸、主軸輪、鋼絲繩、拉簧和永磁交流發(fā)電機(jī)、齒輪組、輔助彈簧、電路板等部件組成，是一種新型張弛往復(fù)式發(fā)電裝置。

當(dāng)車、人經(jīng)過該裝置壓板時(shí)，壓板下沉并帶動(dòng)其下的壓輪壓下鋼絲繩，鋼絲繩發(fā)生形變并牽動(dòng)主軸齒輪組旋轉(zhuǎn)，使得發(fā)電機(jī)進(jìn)行一次發(fā)電過程。當(dāng)車、人完全通過壓板時(shí)，壓板在復(fù)位彈簧的作用下抬起復(fù)位，鋼絲繩伸直，儲(chǔ)能拉簧收縮并恢復(fù)原狀，并再次牽動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，完成第二次發(fā)電過程。這樣周而復(fù)始，隨著車流、人流的不斷通過，這種張弛過程也將不斷進(jìn)行，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 （圖1）。

機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能發(fā)電、通行兩不誤

在高速公路進(jìn)口、車庫進(jìn)口、道路減速地帶等車流流量大的地方，在步行街、商場、學(xué)校、地鐵，以及機(jī)場、火車站安檢口等人流出入通道處應(yīng)用這種裝置，可以有效采集運(yùn)動(dòng)的車流及人流產(chǎn)生的能量，并將產(chǎn)生的電流用專門的蓄電設(shè)備儲(chǔ)蓄起來，提供公共場所照明、標(biāo)志和廣告用電、公共廣播用電等。

我設(shè)計(jì)的這個(gè)發(fā)電裝置以車流、人流的動(dòng)能為來源，以道路、人流閘口等為鋪設(shè)載體，裝置進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)制造，鋪設(shè)于道路及人行通道閘口處，不影響車輛及行人通行，作為單獨(dú)的供電單元為用戶提供廉價(jià)可靠的電能。

機(jī)械能轉(zhuǎn)電能高速路實(shí)測見效果

這個(gè)發(fā)電裝置壓板可承受多次壓踩，將間歇性的車流、人流的機(jī)械能，轉(zhuǎn)換成電能輸出。前期的實(shí)驗(yàn)測試表明，由8個(gè)壓板組成的復(fù)合發(fā)電裝置，在平均質(zhì)量為60 kg的人流每秒一次的連續(xù)踩壓下，組合發(fā)電裝置最大輸出電流為350 mA，輸出電壓可達(dá)21 V。

以大連市后鹽沈大高速收費(fèi)口路口間隔鋪設(shè)張弛往復(fù)式發(fā)電裝置為例，減速路段，每間隔10 m鋪設(shè)一個(gè)由8個(gè)壓板并聯(lián)組成的發(fā)電裝置，占據(jù)一個(gè)車道。500 m長度，使用50個(gè)發(fā)電裝置。根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)測試，每個(gè)發(fā)電裝置在汽車壓下壓板時(shí)產(chǎn)生的輸出電流和電壓約為200 mA，20 V，則汽車在1 s時(shí)間內(nèi)，壓下壓板做功4 J，單車產(chǎn)生的總功為200 J。

根據(jù)計(jì)算，大連市后鹽沈大高速收費(fèi)口每個(gè)收費(fèi)通道平均每天通過車輛約為8 000輛，使用50個(gè)發(fā)電裝置的一個(gè)收費(fèi)通道，平均每天可發(fā)電0.5 kW/h，一年可發(fā)電182.5 kW/h，沈大高速收費(fèi)站共計(jì)8個(gè)收費(fèi)口，一年共計(jì)可發(fā)電1 460 kW/h。

若本發(fā)電裝置能夠在全國各大中城市高速收費(fèi)口、各人流集散的場所廣泛使用，必將帶來良好的社會(huì)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

（該項(xiàng)目榮獲2012年第二十七屆遼寧省青少年科技創(chuàng)新大賽高中組一等獎(jiǎng)。作者：大連市第八中學(xué)學(xué)生；指導(dǎo)教師：于春杰、孫雨安）