青年发明风电机:自称一场台风够日本用50年

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“对下次台风来袭居然隐隐有些小期待。”
  事情是酱纸的,据说有位日本青年搞出了个风力发电机,强大得不得了,于是我就毫不客气地开扒了。
  为了供电,人类烧煤烧石油,结果把地球烧得水平面上升,于是清洁能源成为新能源战略发展方向,核能更被认为是人类最具希望的未来能源之一。

风1
  
  蓝鹅,2011年3月11日,日本东北海岸发生了9.0级地震并引发海啸,福岛核反应堆冷却装置失效,放射性物质外泄。2
  
  福岛第一核电站5号、6号机组
  福岛核事故成为继前苏联切尔诺贝利、美国三哩岛核事故之后,全球又一次影响严重的核事故。
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  前苏联切尔诺贝利核电站事故,历史上最严重的核电事故,首例第七级核事件(第二例为福岛核事故),造成9.3万人死亡,27万人致癌。
  核电站事故危害性之大,让人们不得不重新审视对核能的利用,深受其害的日本尤甚。
  福岛核事故之前,核能已占日本能源相当比例 ,事故发生后,日本境内54座核电站逐步关停,导致电力短缺,电价上涨,日本民众对核能的信心不再,日本政府原定的提高核能使用比例计划已不可能实现。
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  日本可持续发展研究协会就电力能源利用的远期规划
  数据出处:《日本机械学会誌》2006,(7)
  资源稀缺的日本,不得不将重点放在开发新能源上,尤其是较为丰富的太阳能。
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  不过,有位叫清水淳的日本青年却认为,日本的风能更具有开发价值,因为不少地区年均风速都在6m/s之上。
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  而且,日本四面环海,处在太平洋沿岸,每年台风定点临幸,盛宠不衰,光今年就已经临了六七回了,如果可以把台风的能量加以转化,岂不妙哉。
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(日本:皇上,我求求你雨露均沾)
  
  问题是,日本现在所用的风力发电机,大都是进口的欧式水平轴发电机,并不适用于台风区,只能频繁被台风重创,或者直接人道毁灭,停电已成定局,利用台风转眼已是妄想。

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  风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。
  风力发电机有两大类:水平轴型和垂直轴型,分螺旋叶式和马格努斯式,其中马格努斯式的垂直轴风力发电机尚未实用化。
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  这位不走寻常路的青年,想的就是开发马格努斯式的全向型垂直轴风力发电机。
  既通过全向轴,应对无法预测的风向,减少损坏。
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  也能抗强风,甚至是台风。清水淳认为,只要发电机达到一定数量,即便转化率低,一场台风的巨大能量,也能产生足够日本使用50年的电量。
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  至于「马格努斯式」是啥,请听下文分解。
  马格努斯效应(Magnus Effect),发现于1852年。
  技术原理:
  当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时,在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象称作马格努斯效应。
  旋转物体之所以能在横向产生力的作用,是由于物体旋转可以带动周围流体旋转,使得物体一侧的流体速度增加,另一侧流体速度减小。
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  好吧,说点人话。
  先举个栗子,当我们直直扔下一颗篮球,由于地球不真空,所以球有点偏移,但基本直落。
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  而当我们给篮球加上点旋转力,即便我们直落扔下,它也会自动大幅度偏离轨迹。
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  原因就是发生了马格努斯力,球在前进中,旋转的方向一侧与气流同向,一侧则逆向,同向一侧对气流产生粘性,带动流速增快和气流转向,压强变小,球被逆向一侧的高压强推动,产生横向作用力,偏离轨迹。
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  球类运动中,就有许多与马格努斯效应有关的著名瞬间, 譬如1997年,巴西和法国足球大赛中Roberto Carlos的任意球。
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  切换一下角度看,可以很明显地发现,在所有人认为这颗球正朝着远离球门的方向飞去的时候,它却来了个回马枪,把守门员杀个措手不及,这个方向突变,恰好展现了马格努斯效应的风采。
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  让我们回到清水淳的发电机模型,主体为三个滚动轴,以及中心轴。
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  当风来袭,转动着的滚动轴将气流分散到两侧,并产生一个垂直于风向的马格努斯里,三个滚动轴共同作用,整个发电机就会转动,转化风能。一招乾坤大挪移,散其功,不正面受敌,推己力,四两拨千斤,以柔克刚。
  对于不同强度的风,通过调整滚动轴的转速,达到一个能与之抗衡的力,即可实现效果。清水淳表示,开发成熟的发电机,可以承受80m/s的风力,超强台风也扛得住。
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  借此,清水淳希望可以使未来的日本实现能源自给,有可能的话,还能惠及未普及电的国家或地区。
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  (清水淳的垂直轴风力发电机概念图)
  今年7月,清水淳的团队将样品安在了经常被台风狠狠疼爱的冲绳。目前的样品电力转换率只达30% ,略低于传统风力发电机,不过只要能抵抗台风,好处是大大的有。
  问题是,小哥的样品目前还没遇到台风,而且一旦成功,如何储存这50年的电量也是需要科学家们头疼的事,而试验效果如何,让我们拭目以待。
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(清水淳和他的发电机)
  
  实践是检验真理的唯一标准,因为还没实践,所以仍是有不少人笑说小哥「痴人说梦」,但却又不少人,觉得有梦想最可爱。
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  我想啊,人类之所以能以战五渣之躯,过五关斩六将,成就如今这个条条大路通罗马的明亮世界,就是因为敢想敢梦敢做吧。
  毕竟数百年前,哪知道有「电」这种鬼东西。

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