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【科學講堂】水石放高位 守睎x電能

2018-09-05

現代的都市,需要許多能量來維持,因此確保穩定的,甚至是開發新的能量來源,成為了許多現代人的煩惱。今天就跟大家分享一個「新穎」的能量貯存方法,然後再探討一下「能量守琚v這個大自然規律。

發電量靠估 多少都出事

發電廠每天每月每年不停地運作,為我們不間斷地供應電源。不過我們對電力的需求隨茼面腄B天氣、季節而經常變動,發電廠要估算產生多少電流,也是一件不簡單的差事:生產的電流太少,市民不敷應用,自然「天怒人怨」;生產得太多,卻又可能浪費了資源。因此,許多城市都會考慮不同的方法,把生產得過多的電力貯存起來,留待未來需求增加的時候再用。

用什麼方法把電力貯存起來呢?一些幸運的地方,就利用暫時多餘的電力把河水泵到更高的湖泊中;到了需要電力的時候,就讓湖水從高處一瀉而下,用水力發電的方法,把電流再次產生。

不過,不是每一個地方都這麼幸運,附近有較高的湖泊可以用來「貯存電力」。初創公司創辦人Bill Gross和Andrea Pedretti想到了一個新主意:不使用河水,用混凝土塊又如何?

沒湖不要緊 混凝土亦可

他們在瑞士嘗試了使用120米高的起重機,將每塊重35公噸的混凝土塊以起重機為中心一一疊起,仿效將河水泵到高處般用這個方法,將能量貯起來。到了需要電力的時候,就把高處的混凝土塊放下來,帶動發電機去發電。Gross和Pedretti在瑞士進行測試時,發現他們的這個系統能有效地貯存及釋放電能:85%被貯存起來的電力能夠被釋放出來,只有15%的能量被浪費到其他地方,與一般能夠將浪費壓低至10%的鋰離子電池不遑多讓。

這個在瑞士測試的系統規模也不算少:它可以貯存的電量,足夠支持2,000瑞士家庭一天的需要。兩位創辦人現正四處與投資者洽談,期望能夠建造更大規模的系統,以及將它應用到現實生活之中。

能量可轉換 不生亦不滅

不管是利用河水還是混凝土,這些貯存電能的方法可能看似簡單,但其實都依賴了能量不生不滅、可以轉化成不同形式的這個科學原理上。

由於地心吸力的關係,我們需要付出「勞力」,才能將物件搬到更高的地方,因此在高處的物品擁有較多的能量,而這種視乎我們的位置在哪裡的能量就被稱為「位能」。

在以上的例子中,我們利用電力將河水或是混凝土帶到高處,就是將電能轉化成位能去貯存起來;到了要使用電力的時候,就將位能再次轉回電能。

倘若能量無法轉換成不同的形式,這個步驟就不能完成;又假如能量並非不生不滅,而是可以消弭於無形的話,在轉換能量形式的時候,可能許許多多的電能早已煙消雲散了。

這個「能量守琚v的大自然規律看似簡單,卻對我們的生活有虓奶j的影響呢。■張文彥 香港大學土木及結構工程學士

短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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