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不起眼的灯柱如何帮助我们的城市供电

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在黄昏的路灯

图片说明存储能源的路灯可以降低城市照明成本

到2050年,超过三分之二的人将居住在城市,科学家和科技公司正在寻找在建筑环境中利用可再生能源的新方法。但是以什么代价?

有一天,你的办公室窗户将从太阳中获取能量,而街道上的灯柱则将能量储存在混凝土中。

垂直风力涡轮机将随着交通过去而旋转,人行道和道路将从所有通勤脚和重型公共汽车和卡车冲击它们产生少量能量。

无人驾驶出租车的车队将向电网回馈剩余能源,城市通常会更有效地利用他们消耗的能源。

这至少是许多技术专家,环保主义者和城市规划者的愿景。

但它有多现实?

灯柱在晚上在城市的街道上
图片标题混凝土灯柱可以成为电池,储存他们整夜工作所需的能量

新材料肯定有希望。例如,由发电站废物制成的水泥混合物可以将建筑物转变为电池。

这些钾 - 地质聚合(KGP)复合材料比普通水泥便宜并且可以储存电力。研究人员说,一个六米高的灯柱由KGP制成,配有一个小型太阳能电池板,可以在整个晚上保持足够的能量供电。

“我们已经证明,KGP水泥混合物可用于储存和输送电能,而无需使用昂贵或有害的添加剂,”兰开斯特大学教授Mohamed Saafi表示,他正在进行研究。

Mohamed Saafi用钾 - 地质聚合(KGP)复合材料制成的混凝土立方体

图片说明这些小水泥块可以为未来的城市供电吗?

使用KGP制造的大量建筑物可用于存储和释放多余的能量 - 平滑对城市电网的需求。

新材料也有助于使太阳能电池板更便宜,更具成本效益。

太阳能是城市中最常见的可再生能源,因为成本持续下降 - 从十年前的每瓦3英镑降至现在的每瓦40便士。

在英国,超过三分之一的公司已经在生产一些自己的电力,主要是使用屋顶太阳能电池板。

但制造硅基太阳能电池板是非常耗能的,需要1400℃及以上的温度。硅需要纯度为99.9999%。

 

2017年12月14日,位于法兰西岛地区屋顶上最大的光伏电站在巴黎南部L'Hay-les-Roses的饮用水水库屋顶上举行落成典礼
图片说明太阳能是城市地区最常见的可再生能源形式

美国布朗大学工程学教授Nitin Padture表示,用一类称为钙钛矿的材料制成的面板可以做得更薄,更便宜,温度更低。

由于它们是部分透明的,因此它们也可以用于窗户。

缺点是它们中的大多数含有铅,一种有毒金属。Padture教授及其团队正在研究的一个选择是用钛替代铅

“钛很常见,但没有人想过用它来代替钙钛矿太阳能电池板中的铅,”他说。

“我们现在还不打算取代现有的硅技术,而是寻求提升它。”

 

图像
图片说明一层薄薄的含钛的钙钛矿可以制造更高效的太阳能电池板

当谈到风 - 另一种最常见的可再生能源 - 传统涡轮机在建筑区域不能很好地工作,因为风向变化很大。

因此,研究人员Nicolas Orellana和Yaseen Noorani提出了一种球形风力涡轮机来解决不同风的问题。他们的O-Wind涡轮机现在已经赢得了2018年英国詹姆斯戴森奖,它是一种球形装置,当风从任何方向撞击它时都会旋转。

土耳其公司Devici Tech的另一个解决方案是在道路上使用垂直风力涡轮机,在那里它们可以通过来自过往交通的滑流来提供动力。

该公司表示,目前正在伊斯坦布尔进行测试的Enlil涡轮机可以满足两个家庭的电力需求。该公司表示,这些涡轮机还可以采用太阳能电池板和地震传感器。

 

Yaseen Noorani和Nicolas Orellana
图片说明Yaseen Noorani和Nicolas Orellana带着他们的风力涡轮机
在路的垂直的风轮机
图像标题在伊斯坦布尔的街道上的垂直风力涡轮机

但并非所有城市能源采集项目都具有商业意义。

例如,在法国,工程公司Colas一直在全国各地以及美国和日本开拓光伏公路。

Colas的第一个站点,诺曼底的单车道0.6英里路线,耗资430万英镑。相比之下,美国一条双车道公路的一英里成本高达380万英镑。

还有一个问题是它们的能量生产有多好。太阳能电池板在地面上是平坦的,而不是朝向太阳,并且可以被交通繁忙以及雪,泥或水阻挡。

 

法国的太阳路瓦特韦尔伸展
图片说明Colas说,一公里长的公路可以为一个拥有5000名居民的城镇提供公共照明用电

2014年,阿姆斯特丹以260万英镑的价格建造了一条70米长的太阳能自行车道。它在第一年就产生了3000千瓦时(kWh)的电力。

但是对于这笔钱,这个城市可以在公开市场上简单地购买6500万千瓦时的电力。

另一种难以商业化的技术是压电。

如果你挤压某些材料,如石英,你可以让电流流过它们。因此,在配备压电装置的特殊路面上行驶的汽车和卡车可以产生能量。行人可以在特制的路面上做到这一点。

2009年,以色列公司Innowattech尝试了能量捕获道路,现在美国公司Pyro-E将在加利福尼亚州弗雷斯诺的一小段道路上展示类似的技术。

虽然它在技术上是可行的,但它目前非常昂贵。

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