강우로부터 에너지를 생성 할 수있는 많은 독특한 방법이 있습니다. 터빈 달리기를 위해 높이에 빗물을 저장하든, 유전 전기에 직접 사용하든, 현대 기술은 거의 모든 것을 가능하게했습니다.
당신은 떨어지는 비를보고 그 작은 물 방울의 미개발 잠재력에 대해 궁금해 한 적이 있습니까? 글쎄, 당신이 있다면, 당신은 과학과 물리학에 대한 좋은 마음을 가지고 있습니다. 전 세계의 연구자들은 현재 강우를 에너지의 원천으로 사용하는 생존력을 조사하고 있으며이 점점 더 중요한 영역에서 이미 많은 진전을 보였습니다.
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빗방울이 얼마나 많은 에너지를 가지고 있습니까?
구름의 물은 키의 미덕으로 잠재적 에너지를 가지고 있습니다. 물체의 중력 전위 에너지는 (지구 표면과 관련하여) 높이에 무게와 중력 상수 (9.8 m/s2)를 곱하여 측정 할 수 있습니다. 이것을보다 간단한 방식으로 살펴 보겠습니다.
당신의 도시는 매년 100cm의 강우량을 받고 있다고 가정하고 (미국의 평균 연간 강수량은 약 77cm - 기후 보고서), 집의 지붕은 약 20 개의 사각형 또는 2000 평방 피트 (표준 크기)를 가지고 있다고 가정합니다. 이 숫자를 기반으로 한 수학을 수행하면 약 111kWh의 잠재적 에너지가 손실된다는 것을 알 수 있습니다. 그 수는 작지만 약 1km2의 면적을 고려할 때 에너지의 양은 1000 채의 주택에 전력을 공급하기에 충분합니다.
이 에너지의 궁극적 인 원천은 무엇입니까?
우리 지구상의 다른 대부분의 힘의 원천과 마찬가지로 Rainfall은 태양에서 에너지를 얻습니다. 태양은 모든 형태의 생명과 자원에 연료를 공급하는 최고의 펌프입니다. 지구의 표면에서 태양의 에너지 밀도는 약 1,000 w/m2입니다. 텍사스 단독으로 지구의 표면을 조사하는 모든 햇빛 에너지가 있다면 이것을 원근법으로 표현하기 위해 전기로 전환 될 수 있으며, 생성 된 전력은 세계의 모든 발전소가 생산하는 총 전력의 300 배에 해당합니다!
우리 지구를 때리는 태양 복사의 주요 부분은 바다, 바다 및 강에서 물을 증발시키는 데 사용됩니다. 대기의 다른 부분으로 인해 다른 양의 태양열을 흡수하여 펌프 역할을하고 증발 된 물을 끌어 당겨 잠재적 인 에너지로 채워집니다.
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물주기 (이미지 크레딧 :Flickr)
강우를 저장하는 에너지
수력 발전소는 미국에서 소비되는 전기의 약 6.5%를 생성합니다. 그 숫자는 인도의 경우 13.5%로 증가합니다. 수력 발전은 가장 깨끗한 형태의 에너지이며 생산하는 것은 상당히 간단합니다. 물이 적절한 높이에서 터빈으로 떨어지는 물은 그것을 움직입니다. 터빈은 기계적 에너지를 전기로 변환하는 다이너 모에 연결되어 있습니다.
후버 댐의 터빈 (사진 크레디트 :크래커 클립 스톡 미디어/셔터 스톡)
수력 발전소에 사용 된 것과 유사한 방법을 사용함으로써 과학자들은 지상 수집 비 위에 위치한 큰 저수지가 그 떨어지는 물에 파워 터빈에 사용할 수 있음을 발견했습니다. 이 방법은 비교적 지속적인 물 공급을 사용할 수있는 비오 계절에 매우 효과적입니다.
강우의 운동 에너지를 활용
속도로 이동하는 모든 물체는 운동 에너지를 가지고 있습니다. 빗방울도 마찬가지입니다. 약 1/4 인치를 가로 질러 큰 비가 크게 떨어지면서 시간당 약 20 마일 또는 초당 약 10 미터의 터미널 하락 속도가 있습니다. 최근의 연구에 따르면 빗방울의 운동 에너지는 PVDF (Polyvinylidene 불소), 과 같은 특정 재료를 사용하여 빗물을 탭 할 수 있다고합니다. piezoelectric 을 소유합니다 속성.
압전 재료는 무엇입니까?
piezo “ 짜거나 누르기위한 그리스어입니다 ".". 따라서, 압전 재료는 적용된 기계적 응력에 반응하여 전기 전압 (또는 전기)을 생성하는 재료이다. 압전 효과를 보여주는 재료는 또한 대화 상성 전기 효과라고하는 반대 효과를 보여줍니다. 이는 전하를 적용하면 변형됩니다. 이 물질은 뼈 및 단백질과 같은 결정 성, 세라믹 또는 생물학적 물질 일 수 있습니다.
압전 생성의 그림 표현 (사진 크레디트 :Tizeff/Wikimedia Commons)
압전 전기는 비대칭 구조를 가진 표준 결정질 물질입니다. 그럼에도 불구하고, 존재하는 양전하는 음의 부하와 같고 서로 균형을 맞추기 때문에 전기적으로 중립적입니다. 그러나, 그러한 재료가 압박 될 때, 그들의 구조는 변형되어 일부 원자를 더 가깝게 밀고 다른 원자를 차별화시킨다. 이것은 양전하와 음전하의 균형을 화나게하여 전위를 만듭니다. 석영은 주변에서 가장 일반적인 압전 재료 중 하나이며, 작은 석영 결정은 랩톱과 같은 시계 및 전자 장치에서 시간을 유지하는 데 사용됩니다.
.piezoelectrics는 강우를 전기로 어떻게 전환합니까?
압전 물질에 떨어지는 물방울으로 인한 진동은 압력을 생성합니다. 이 압력은 납 지르코 네이트 티타 네이트 (PZT)와 같은 압전 재료의 표면 위에 비탄성 딸꾹질 (잠재력 차이)을 초래하여 빗방울에서 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.
.압전 재료는 전기 기기에 의해 생산 된 것과 같은 작은 전하를 수집하고 저장하는 데 특히 유용합니다. 이 시점에서 당신은 궁금 할 것입니다…. 강우에서 에너지를 활용하는 것이 쉬운 경우 왜 더 자주 사용되지 않습니까? 글쎄, 여기에 이유가 있습니다.
비 에너지 문제
첫 번째 문제는 전환율입니다. 압전 장치는 빗방울에서 약 12 밀리 와트의 전력 만 추출 할 수 있습니다. 이는 제곱 미터당 0.001kWh 미만입니다. 기본적으로 원격 센서에 전원을 공급하기에 충분합니다. 또한이 장치는 매우 비싸고 정기적 인 유지 보수가 필요합니다.
태양 전지판은 위에서 언급 한 모든 방법보다 훨씬 효율적입니다. 태양 전지의 효율에 맞추기 위해서는 1km 이상의 높이에서 저수지를 구성해야합니다! 지상에서 높은 컨테이너를 건설하는 것은 특히 태양 광 세포에서 같은 지역을 덮는 비용과 비교할 때 경제적으로 실행 가능하지 않습니다.
태양 전지판에는 태양 광 세포가 포함되어 있습니다. (이미지 크레딧 :Pixabay)
최종 단어
최근에 발달 한 물질은 빗물에 염의 고장을 통해 전류를 생성 할 수있는 그래 핀 태양 전지와 같은 재료는 빗물의 잠재력을 활용하는 방법이 여러 개 있음을 시사합니다. 그리고 매일 새로운 기술이 발전함에 따라 비 에너지의 상업적 사용은 그리 멀지 않습니다.
전력이 생산되는 관점에서, 빗방울은 아마도 수력 발전소 또는 태양 전지와 경쟁 할 수 없을 것입니다. 그러나 그들은 하나의 주요 이점이 있습니다. 무료입니다. 그리고 우리의 진화하는 기술을 통해 깨끗한 힘을 창출하는 것은 봄 비를 산책하는 것만 큼 간단 할 수 있습니다!
