民族国小第一届科学专题制作竞赛组员.DOC

附件一 高雄市三民區民族國小第一屆科學專題研究競賽 作品說明書 ?組別： 五年級組 ? ? ? 作品名稱： 海裡來的電 ? ? 關鍵詞： 海浪 發電機 能量 （最多三個） 編號： （請空白，由教務處研發組統一填寫） 研究動機： 有一天爸媽帶我們去看電影，片名叫”明天過後”，看完電影出來後，全家人心情都很沉重，雖然只是一部電影，但其中所描述的情節是極為實際的。由於人類大量使用石化能源與煤，除了消耗地球上之能源外與對環境也造成極大之威脅，因為能源燃燒後，使大氣中二氧化碳含量增加，形成溫室效應，造成地球平均溫度上昇，使地球氣候產生異常，各種風災，雨災，與旱災接踵而來，對人類的生存造成極大之威脅。在發電之方式中火力發電會排放大量二氧化碳及污染物質，嚴重破壞環境，影響生態並造成全球暖化海浪的能量相當大，有時大到可以破壞數千噸重的碼頭和防波堤,如此巨大的能量若能加以利用，對人類所需能源的供應必然大有助益。利用海浪的能量轉變成電能，依據波浪上下振動的特性設計波浪發電裝置，利用往復運動來壓縮空氣、水、油等介質,提高介質壓力然後再用來發電。 研究目的： 由於臺灣四面環海，海浪日以繼夜地在運動，其中之能源是取之不盡，用之不竭，海洋是巨大的能源儲存庫，海洋能源以各種不同的型態存在，如溫差，潮汐，海浪和海流等等。海洋的能量無窮無盡，只要海洋存在的一天，這些海洋能源就不會消失或匱乏，故是最值得開發之能源。本研究之目的為研究以海浪上下之運動方式，透過能量的儲存與轉換，來帶動發電機發電，研究海浪發電之方法。 研究設備器材： 浮板 木板 水槽 打氣筒 汽球 噴嘴 塑膠管 葉輪 發電機 燈泡 研究過程或方法： 本研究的構想為使用浮板來傳遞海浪上下之運動動作，先以一水槽裝水作為海洋，浮板則漂浮在水面上，隨波浪上下波動，在浮板上裝配一支打氣筒，打氣筒前端則以塑膠管連接一止逆閥，止逆閥前端則以三通管連接氣球與出氣開關，出氣開關前端則連接一噴嘴，噴嘴則對準一葉輪，此葉輪裝配在一發電機上，此發電機連接一燈泡。故當將水槽上下搖晃時，水槽內的水則產生波浪，由於水的浮力帶動浮板上下運動，使打氣筒開始打氣，氣體經由管路儲存在氣球中，使氣球越來越大，此時便是將海浪的能量轉為壓縮空氣，當開關打開後氣體噴出，轉動葉輪，帶動發電機產生電力，使燈泡發光。 研究過程如下： 討論 水槽設計組裝 照片1為水槽之組裝，在水槽上裝置有一承板，此一承板用來組裝各項零件。當把水槽上下搖晃時，或壓入一物體時，水槽內的水產生波動，搖晃越厲害則上下波動幅度越大。如此可模擬海浪之運動。 照片1. 海浪運動之模擬情形 打氣裝置設計組裝 照片2為打氣裝置之設計，此一裝置是裝配在水槽承板上，包含浮板與打氣筒，打氣筒之推桿則與浮板固鎖在一起，當水面波動時，可見浮力將浮板撐起，帶動推桿開始打氣，氣體則由前端噴出，此時浮板之設計要夠大，才足以產生足夠之浮力以帶動浮板並推動打氣推桿。可見以海浪的力量可用來推動打氣筒打氣，當海浪不停的上下波動時，打氣筒可持續不停地打出氣體。 照片2. 浮板與打氣筒組裝情形 儲氣裝置設計組裝 如照片3，本研究是以氣球當作儲氣裝置，來收集由打氣筒所打出之氣體。若在打氣筒前端接一氣球，則可見隨著波浪之上下運動，氣球越來越大，可見此裝置可將海浪能量轉換成壓縮氣體儲存於氣球中。 照片3. 以氣球作為儲氣裝置來收集由打氣筒所打出之氣體 發電裝置設計組裝 如照片4，本研究採購市售之小型教學發電機，當轉子轉動時，位於下方之貓頭鷹眼睛有一燈泡會發亮，顯示發電之電能。於發電機上頭裝配一葉輪，當以壓縮空氣吹向葉輪使其轉動時，可帶動發電機轉子運轉，即可發電使放在貓頭鷹眼睛的燈泡發亮。 照片4. 以壓縮空氣吹向葉輪使其帶動發電機轉子運轉，在貓頭鷹眼睛的燈泡發亮。 管路連接組裝與實際測試 將上述之水槽，打氣裝置，儲氣裝置與發電裝置藉由塑膠管組合成一個完整的系統，如照片5，6。打氣筒固定在承板上，推桿則連接浮板，為確保氣體儲存時，不會漏氣，在打氣筒前端連接一止逆閥，止逆閥前端則連接一三通管，一端接氣球，一端接吹氣開關。當搖晃水槽時，水槽內的水產生上下波動，由於水對浮板產生浮力帶動浮板上下運動，並推動打氣筒推桿打氣，此時可見氣球隨著波浪運動越來越大，當氣體儲存到某個程度時，打開吹氣開關，則可見氣體由噴嘴吹出，吹動葉輪，帶動發電機使貓頭鷹眼睛的燈泡發亮。 照片5. 全系統之外觀 照片6. 管路系統之配置 結論 經由本實驗顯示海浪發電其主要之關鍵在於如何將海浪之動能加以儲存起來，並轉換為可利用的方式，在累積到一定程度後再釋放出來，進行發電。經由本實驗之設計顯示海浪發電是可行的。 七、參考資料 國立台灣大學教學課程資料 國立交通大學通識教育中心行政院環保署”台灣利用海洋能源發電之潛能”.tw/wego_xin