李曙光和他的风力集中器模型
在当今环保运动方兴未艾之际，许多城市试图通过安装风力涡轮机发电，以此降低二氧化碳的排放。可是，城市里的风速往往低平且无序，据此进行的弱风力发电难以做到既经济又可靠。
不过，座落在纽约伊萨卡的康奈尔大学的研究人员认为，问题并非出在风速太低，而是用于捕捉风力的方法不妥。他们说，城市里的风力大有文章可做，只是如何驾驭需要另寻它径。摈弃传统的电磁发电机和涡轮机似乎有点极端，但就小规模低风速而言，压电式发电机看来是一个不错的选择。
康奈尔大学机械工程师伊弗拉姆·加西亚（Ephrahim Garcia），在一根由压电材料制成的长杆顶部系上一个易弯曲的气翼，每当空气流经气翼时它就会摆动，从而使长杆弯曲并产生弱小的交流电。加西亚声称：“这是从鱼尾得到的灵感”。
加西亚和同事马修·布莱恩特（Matthew Bryant）在一个风洞中对一些13厘米长的气翼进行了测试，结果发现，在仅仅2米/秒的风速下，它们能产生以毫瓦计的电力。他们认为，如果对大量的装置加以并联，产生的电量即可倍增。
感悟于大自然
同样来自于康奈尔大学的霍德·利普森（Hod Lipson）和中国西安西北科技大学的李曙光（音译）也在致力于同样的研究。感悟于大自然，他们设计出了一种树状装置，即通过大量摆动的树叶发电。通过连接装置，那些树叶自上而下的悬挂在由压电材料制成的树枝上，当空气流经树叶时，其不稳定性状会使树叶的一边产生无序的漩涡，然后是另一边，使之摆动。
为了使该技术尽可能的经济可靠，他们采用一种聚偏二氧乙烯（PVDF）的压电材料来制作那些树枝。不过，据利普森说，这种材料虽然便宜，但不够敏感，“因此，我们得找到能让它摆动得更为剧烈的方法。”出于这种考虑，他们设法让树叶缠绕树枝并使之弯曲，以便增加作用于树枝的张力。
风力集中器
另一种方法则是提高风速。受太阳能热发电领域的启发，同样就职于康奈尔大学的凯文·普拉特（Kevin Pratt）和弗朗西斯·C·蒙尼（Francis C.Moon）设计出了一种蜂窝状排列的漏斗――风力集中器，当风吹过仅仅几厘米宽的条状压电体时，它可以加大风速。
普拉特认为：“风所具有的能量大小取决于空气的总量以及空气流速。”因此，让相同总量的空气从更小的孔中穿过会增加流速，“这等同于透镜原理”。
通过计算机模拟，显示依此设计的风力集中器应该能使风速提高50%以上，目前，普拉特和蒙尼正在建造用于风洞测试的原型。根据他们的设想，终极产品应该是由一个个30厘米宽的集中器组成的阵式排列，其中的每一个集中器都由几十个条状压电材料构成。
风力集中器并非新的概念。不过，如果用于制作标准涡轮机的话，已经证明因其体积太大而不太可行。研究人员希望能在技术上通过缩小其体积，实现每平方米5瓦电量的产出，即相当于太阳能板所产生电量的三分之一。在此基础上，如果能使其价格也相当于太阳能板的三分之一，那么，该技术应该会有竞争力。
资料来源 New Scientist
责任编辑 则 鸣