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建造島嶼/設施/電力

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環境能源

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使用風能和太陽能等環境能源時,務必牢記它們往往不可預測且間歇性。例如,如果一個島嶼依靠陽光和風能供電,那麼在平靜無風的夜晚,這些能源將不可用。除非島嶼上的間歇性供電是可以接受的,否則必須為主要發電機無法工作的時間段維護一個能源儲備,這可以透過在發電高峰期儲存多餘的能量,或以燃料或充電電池的形式將能量輸入島嶼來實現。毋庸置疑,除非該島嶼能夠產生足夠的收入來支付進口能源的成本(例如,通過出售捕獲的過剩魚類或島上種植的蔬菜),否則這種方法將無法實現自給自足。

電能將儲存在可充電電池中,電池的直流輸出需要轉換為主電網交流電才能執行島上的標準裝置(除非裝置是為使用直流電而建造的),或者可以根據需要透過從進口(或種植)的燃料驅動發電機來發電,或者可能是回收的生物質。燃燒進口燃料的發動機同樣可以提供直接的機械能(例如,如果島嶼可航行,則用於驅動螺旋槳)。在沒有其他能源的情況下,啟動發電機和發動機的啟動方式非常重要,例如啟動電機、拉繩或啟動手柄,如果採取後一種方法。

海洋熱能轉換髮電機

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海洋熱能轉換髮電機示意圖。

OTEC 是海洋熱能轉換的縮寫。它利用深海冷水和表層暖水之間的溫差。[1]

風力發電

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海上風力發電機組。

離岸風力很少有導致湍流的障礙物;因此,風往往吹得更猛烈。(提及錨定到海床或浮動平臺(以及錨定問題)和規模經濟)

優勢:24 小時,除非無風。

波浪能發電機

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Pelamis 波浪能轉換器原型。

到目前為止,利用海浪產生的能量的這些型別的發電機對於普通島嶼建造者來說過於昂貴且不切實際。許多不同型別的發電機設計仍然受到海洋實際挑戰的困擾,主要是風暴破壞和海水腐蝕。塞爾特的鴨子是基於波浪的發電系統的一個例子。

另一種方法不需要像塞爾特的鴨子那樣系在海床上,因此允許島嶼在不拆卸的情況下移動,即建造一個由鉸接臂連線的多個模組化獨立浮動單元組成的島嶼,這些臂也可以充當橋樑。在存在正確波長的波浪的情況下,例如每個臂的長度的兩倍,浮動單元的相對垂直運動會對臂施加振盪轉矩,可以透過將活塞連線到臂上,透過渦輪機泵送海水或將空氣壓縮到一個儲罐中來提取能量。當然,這種發電方法要求島嶼位於波浪豐富的區域,並且島嶼居民要忍受浮動單元的波浪運動。一種解決方案可能是建造一個大型浮動島嶼用作中央居住區,其浮力體積足夠大,可以抵消波浪的影響,並用小型輔助島嶼包圍它,這些島嶼位於臂上,不會長時間被佔用,例如,用於儲存食物、淡水和機械。然後,這些較小的島嶼將相對於靜止的中央樞紐移動,以發電。

潮流發電機

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Evopod,一種潮流發電機。

海里有很多洋流,最明顯的一個是墨西哥灣暖流。它全年以約 4 節的速度流動。放置在該洋流中的單個渦輪機可以產生大量的能量。目前尚不清楚我們在從這樣的洋流中提取多少能量之前,它對世界可能產生顯著影響。(提及貝茨定理,因為它與風有關,並將其調整為水,只是另一個流體動力學問題)

光伏陣列

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浮動光伏陣列。

考慮到太陽能電池板會佔用島上的空間和陽光,而這些空間和陽光本可以用來種植食物,而且它們只能在相當明亮的日光下使用,因此太陽能電池板可能不是一個好的選擇。

太陽能電池板自 70 年代初開始用於商業目的。只是現在,隨著世界各地經濟和能源危機,它們變得非常流行。光伏面板由許多小電池組成,每個電池的電壓約為 0.4-0.6V,然後將這些電池串聯或並聯連線起來,以形成一定尺寸和規格的面板。當前的光伏面板使用一層非常純淨的矽來將太陽輻射轉換為電力。下一代面板,包括多達五層略微不純淨的矽,因此價格便宜得多,即將面世。光伏面板的效率相當低,將落在它們身上的光能的約 10% 轉換為可用電力,因此需要非常大的面板區域才能提供相當大的功率輸出。也許值得計算植物將光能轉化為化學能的相對效率,以及隨後燃燒這種能量(例如,作為植物油、乙醇或甲醇)在發動機中產生電力的效率,並將此與太陽能電池板進行比較。光伏電池還有一個溫度問題,它們變得越熱,效率就越低。

太陽能熔爐或蒸汽動力渦輪機

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太陽能是免費的,但是大多數將其轉化為可用能量的技術實施起來非常昂貴。一種如果設計得當,建造起來可能相當便宜的技術是太陽能熔爐的概念。在太陽能熔爐中,許多鏡子用於將陽光集中在一個點上。該點將非常快地變得非常熱,這種溫度升高可用於將水變成蒸汽。然後可以使用這種蒸汽來推動渦輪機併產生電力。太陽能熔爐的設計至關重要,因為您可能正在處理過熱蒸汽,爆炸風險是一個明顯的可能性。但是這是一個有效的概念,一個浮動島嶼可以利用其自身的性質來輔助。為了避免處理過熱蒸汽的問題,可以使用珀耳帖器件或熱氣發動機,但會影響規模。

與其將所有鏡子都轉向太陽,不如轉動島嶼更容易。這取決於許多因素,鏡子仍然需要跟蹤太陽在天空中的高度。

地熱能 (海洋熱液噴口)

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生物燃料

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近年來,關於柳樹等快速生長的木材作物作為發電站燃燒的替代燃料進行種植的報道很多。同樣的想法可能適用於海洋中的海帶或海藻。然而,這可能不是一個特別有效的過程。

化石燃料

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化石燃料應作為最後手段使用。保持足夠的燃料供應以供長期居住是困難的,需要定期補給。發電機噪音很大,在狹小的空間內會造成很大困擾。此外,使用化石燃料對環境有害。因此,其使用應限於緊急情況下的備用發電機。

如果島嶼距離大陸足夠近,並且永久固定在一個地方,則可以簡單地安排市電連線。這可能會有很高的前期成本。

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