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建造岛屿/设施/电力

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环境能源

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使用风能和太阳能等环境能源时,务必牢记它们往往不可预测且间歇性。例如,如果一个岛屿依靠阳光和风能供电,那么在平静无风的夜晚,这些能源将不可用。除非岛屿上的间歇性供电是可以接受的,否则必须为主要发电机无法工作的时间段维护一个能源储备,这可以通过在发电高峰期储存多余的能量,或以燃料或充电电池的形式将能量输入岛屿来实现。毋庸置疑,除非该岛屿能够产生足够的收入来支付进口能源的成本(例如,通过出售捕获的过剩鱼类或岛上种植的蔬菜),否则这种方法将无法实现自给自足。

电能将存储在可充电电池中,电池的直流输出需要转换为主电网交流电才能运行岛上的标准设备(除非设备是为使用直流电而建造的),或者可以根据需要通过从进口(或种植)的燃料驱动发电机来发电,或者可能是回收的生物质。燃烧进口燃料的发动机同样可以提供直接的机械能(例如,如果岛屿可航行,则用于驱动螺旋桨)。在没有其他能源的情况下,启动发电机和发动机的启动方式非常重要,例如启动电机、拉绳或启动手柄,如果采取后一种方法。

海洋热能转换发电机

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海洋热能转换发电机示意图。

OTEC 是海洋热能转换的缩写。它利用深海冷水和表层暖水之间的温差。[1]

风力发电

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海上风力发电机组。

离岸风力很少有导致湍流的障碍物;因此,风往往吹得更猛烈。(提及锚定到海床或浮动平台(以及锚定问题)和规模经济)

优势:24 小时,除非无风。

波浪能发电机

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Pelamis 波浪能转换器原型。

到目前为止,利用海浪产生的能量的这些类型的发电机对于普通岛屿建造者来说过于昂贵且不切实际。许多不同类型的发电机设计仍然受到海洋实际挑战的困扰,主要是风暴破坏和海水腐蚀。塞尔特的鸭子是基于波浪的发电系统的一个例子。

另一种方法不需要像塞尔特的鸭子那样系在海床上,因此允许岛屿在不拆卸的情况下移动,即建造一个由铰接臂连接的多个模块化独立浮动单元组成的岛屿,这些臂也可以充当桥梁。在存在正确波长的波浪的情况下,例如每个臂的长度的两倍,浮动单元的相对垂直运动会对臂施加振荡转矩,可以通过将活塞连接到臂上,通过涡轮机泵送海水或将空气压缩到一个储罐中来提取能量。当然,这种发电方法要求岛屿位于波浪丰富的区域,并且岛屿居民要忍受浮动单元的波浪运动。一种解决方案可能是建造一个大型浮动岛屿用作中央居住区,其浮力体积足够大,可以抵消波浪的影响,并用小型辅助岛屿包围它,这些岛屿位于臂上,不会长时间被占用,例如,用于存储食物、淡水和机械。然后,这些较小的岛屿将相对于静止的中央枢纽移动,以发电。

潮流发电机

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Evopod,一种潮流发电机。

海里有很多洋流,最明显的一个是墨西哥湾暖流。它全年以约 4 节的速度流动。放置在该洋流中的单个涡轮机可以产生大量的能量。目前尚不清楚我们在从这样的洋流中提取多少能量之前,它对世界可能产生显著影响。(提及贝茨定理,因为它与风有关,并将其调整为水,只是另一个流体动力学问题)

光伏阵列

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浮动光伏阵列。

考虑到太阳能电池板会占用岛上的空间和阳光,而这些空间和阳光本可以用来种植食物,而且它们只能在相当明亮的日光下使用,因此太阳能电池板可能不是一个好的选择。

太阳能电池板自 70 年代初开始用于商业目的。只是现在,随着世界各地经济和能源危机,它们变得非常流行。光伏面板由许多小电池组成,每个电池的电压约为 0.4-0.6V,然后将这些电池串联或并联连接起来,以形成一定尺寸和规格的面板。当前的光伏面板使用一层非常纯净的硅来将太阳辐射转换为电力。下一代面板,包括多达五层略微不纯净的硅,因此价格便宜得多,即将面世。光伏面板的效率相当低,将落在它们身上的光能的约 10% 转换为可用电力,因此需要非常大的面板区域才能提供相当大的功率输出。也许值得计算植物将光能转化为化学能的相对效率,以及随后燃烧这种能量(例如,作为植物油、乙醇或甲醇)在发动机中产生电力的效率,并将此与太阳能电池板进行比较。光伏电池还有一个温度问题,它们变得越热,效率就越低。

太阳能熔炉或蒸汽动力涡轮机

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太阳能是免费的,但是大多数将其转化为可用能量的技术实施起来非常昂贵。一种如果设计得当,建造起来可能相当便宜的技术是太阳能熔炉的概念。在太阳能熔炉中,许多镜子用于将阳光集中在一个点上。该点将非常快地变得非常热,这种温度升高可用于将水变成蒸汽。然后可以使用这种蒸汽来推动涡轮机并产生电力。太阳能熔炉的设计至关重要,因为您可能正在处理过热蒸汽,爆炸风险是一个明显的可能性。但是这是一个有效的概念,一个浮动岛屿可以利用其自身的性质来辅助。为了避免处理过热蒸汽的问题,可以使用珀耳帖器件或热气发动机,但会影响规模。

与其将所有镜子都转向太阳,不如转动岛屿更容易。这取决于许多因素,镜子仍然需要跟踪太阳在天空中的高度。

地热能 (海洋热液喷口)

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生物燃料

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近年来,关于柳树等快速生长的木材作物作为发电站燃烧的替代燃料进行种植的报道很多。同样的想法可能适用于海洋中的海带或海藻。然而,这可能不是一个特别有效的过程。

化石燃料

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化石燃料应作为最后手段使用。保持足够的燃料供应以供长期居住是困难的,需要定期补给。发电机噪音很大,在狭小的空间内会造成很大困扰。此外,使用化石燃料对环境有害。因此,其使用应限于紧急情况下的备用发电机。

如果岛屿距离大陆足够近,并且永久固定在一个地方,则可以简单地安排市电连接。这可能会有很高的前期成本。

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