所謂“鐵電體爆電換能發電”,就是利用鐵電體材料的特性,把炸藥爆炸的化學能轉換成電能。目前使用的“鐵電體”是鋯鈦酸鉛陶瓷。這種材料是經過特殊方法冶煉合成的,它有一種獨有的特性,就是當把它放在直流電場中被極化之後,當電場撤除而極化並不隨之消失,且還能十分穩定地保持其剩餘極化性質。利用這種剩餘極化的鐵電體作為一種能量載體,當它受到炸藥爆炸的衝擊作用時,炸藥的化學能在其內部形成衝擊波。在衝擊波產生的壓力和溫度作用下,貯藏於鐵電體內部的能量便可以電能的形式在外負載上釋放出來。它的能量轉換程式可概括為“較小的電能——化學能——很大的電能”。
利用這種程式轉換的電能最大特點是功率高,而電源裝置重量輕。經實驗表明,鋯鈦酸鉛陶瓷材料極化之後,其能量貯存密度一般為每立方厘米十幾焦耳,在爆炸衝擊波作用下,隻要在微秒級的時間內就可完成能量釋放。如體積為30立方厘米,功率大於10瓦,總能量可達數百焦耳,而鐵電體的重量很輕(為300克),工作介質炸藥約40克,電源總重不超過05公斤。
這項技術在我國研究很早,60年代初在著名科學家王淦昌組織推動下,就開始了這項新技術的研究開發。目前,在材料製作工藝和裝置工程設計方麵,都已達到實用化水平。這種發電方式可用於引爆炸藥、產生激光、加速帶電粒子等技術過程,為之提供電源,尤其適用於空間、航空、海上,水下等機動裝置的電源供應係統。
鮮為人知的餘水發電技術
所謂“餘水發電”,就是在已按原定設計建成的水電站大壩上再開孔鑽洞,利用多餘的水資源發電。日本的“一招鮮”,為充分利用水力資源開發水力發電又開辟了一條新路。
日本靜岡縣天龍川水電站,是在80年代修建的,它的水資源已為裝機容量分別為35萬千瓦和45萬千瓦的兩座水電站所利用。經過精確計算,認為尚有餘量可以利用。為進一步開發電力,80年代未,日本電源開發公司決定建造一座新的電站。原來的天龍川中遊秋葉水壩高為89米,專家們確定在67米高處,挖一個直徑65米、長21米的圓洞,從這個新洞瀉下的水最大流量每秒可達116立方米,利用這股強大的水流驅動設在20米高處的水輪發電機組,從而新建成了裝機容量為47萬千瓦的第三座水電站。這就是世界上第一座現代化的餘水發電站,按計劃於1991年夏季運行發電。
日本為這項工程投資共用去172億日元,比新建一座常規水電站要節省近一半資金。為開發這項新技術,專家們要攻克許多技術難關。其中最大的一項是在水壩上鑽洞,因為這樣對水壩強度會有影響,稍有不慎就有使水壩完全崩潰的危險!為此,專家們進行了精確的強度計算,采用了能夠最大限度地控製挖掘時產生的衝擊和振動的施工方法,有效地解決了這個大難題。
與眾不同的電氣體發電技術
這種“電氣體發電技術”非同一般,它是靠高速氣流在克服靜電場做功的過程中而發電的。
這種發電技術的本質,是以一定壓力、溫度的運動流體(氣體或液體)作為能源,使低品位能(如熱能、動能)轉變成電能的過程。
在一定的壓力和溫度下,工作介質發生電離。一個高壓電源的兩個極分別接在離子發射極N和吸引極A上,發射極是一種針形金屬棒,吸引極是金屬環。在高壓作用下,N極與A極之間產生尖端放電,並使通過的高速電介質流體(通常是燃氣)部分電離。當N極是正極時,流體中的電子和負離子被吸引,負離子在N極放出電子而呈中性。正離子被排斥,流回吸引極。
但由於高速流體的帶動,正離子未能被吸引極吸住,而流回集電極M,使電流等於零。集電極M上由於正離子集積而電位升高,當接有外負載時,就產生了電流。在單元體中靜電場要阻止正離子向集電極M流動,而高速流體帶動正離子流向集電極M,所以這時就產生了電流。
這就是高速氣流克服靜電場所做功而轉換成電能的基本原理。目前,這種發電方式,隻是處於基礎研究階段,尚未進入實際試用階段。但作為一種能量轉換形式,仍是可以繼續發展下去的。