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当科学家和工程师们绞尽脑汁思考如何廉价地交付薄膜光伏太阳能电池、海浪和潮汐动力涡轮机、氢燃料汽车以及其他先进技术以减少世界对化石燃料的依赖时,一支大学工程专业的学生团队正在进行一个技术含量较低但同样困难的项目,他们希望该项目能为非洲国家卢旺达的偏远地区带来水力发电。
该小组是达特茅斯学院的赛尔工程学院学生运营的人道主义工程领导力计划 (HELP) 的一部分,他们于 9 月在班达(位于纽格威国家公园边缘的山区,人口约 6,000 人)安装了两台由当地水源驱动的水轮机。
第一个地点的涡轮机——由学生预先制造并带到班达——产生足够的能量同时为六个 12 伏的电池充电。“虽然按美国标准来看总功率(310 瓦)相对较低,但足以每天为多达 30 个电池充电,每个电池只需要每两周充电一次,”23 岁的工程专业学生埃里克·特劳特曼在 9 月 19 日的团队网站博客中写道。特劳特曼正在攻读机器人技术硕士学位,他是参与卢旺达项目的 15 名赛尔电气、环境和机械工程专业的学生之一。自 6 月以来,包括特劳特曼在内的八名学生前往班达,使涡轮机启动并运行,而其他七名学生则负责规划项目、设计涡轮机并提供来自美国的后备支持。
第二台涡轮机是用当地零件和人工从头开始制造的,但问题更多。 学生德里克·布兰德(22 岁)说,涡轮机的充电控制器(用于确保电池不会过度充电)多次出现故障,他最近在卢旺达待了三个月后返回。在非洲时,布兰德需要前往另一个村庄几个小时,寻找新零件来纠正这个问题。现在,该涡轮机已启动并运行,产生 300 瓦的能量。
学生们计划在当地人的帮助下,随着时间的推移升级这些站点,以将其输出功率提高到 1.5 千瓦,足以满足该村庄的所有电力需求甚至更多。但布兰德说,目前,提高功率并不是首要任务,因为两个站点产生的能量加起来“足以满足该镇的需求,至少在明年夏天我们返回之前是这样”。
与此同时,班达的一些居民使用涡轮机站点为汽车电池充电,这些电池是他们家中的主要电源(为照明和为手机、手电筒和收音机中使用的小电池充电提供电力)。对于班达居民来说,在崎岖的地形上步行数十英里,头上顶着 40 磅(18 公斤)的电池,前往最近的通电城镇,在那里睡一晚,然后在第二天带着充电后的电池走回家,这种情况并不少见。
该项目的目标之一是使用当地可用的组件和制造技术来制造涡轮机,以便当地人可以自己建造更多的涡轮机。“这确保了可持续性并刺激了当地经济,而不是进口外国制造的组件,”22 岁的赛尔学生本杰明·库恩斯说,他将于 3 月毕业。“HELP 可以为该地区的水电项目带来新的视角,由当地可用的材料和劳动力驱动,而不是追求小幅的效率提升和利润。”
学生们在他们的博客中指出(该博客因一些卢旺达部长抱怨而在本月早些时候对公众关闭),该国的一些地区已经在使用小型水力涡轮机,但这些机器每千瓦的发电成本高达 4,000 美元,对于这里的人们来说是一笔巨款,这里的年平均收入为 260 美元。赛尔团队的最终目标是开发出能够通过使用当地零件和劳动力而不是昂贵的外国零件来将成本降低到每千瓦 500 美元以下的系统,而这些昂贵的外国零件在这个农村地区很难获得。
希望班达能够成为概念验证,并鼓励在整个非洲建造更多的水力涡轮机,非洲严重依赖煤油进行照明。据学生的一份报告显示,非洲人每年消耗近 380 万吨煤油,使其成为导致气候变化的温室气体排放的重要因素。
赛尔的学生预计,运行水力发电涡轮机的年成本(包括购买电池和紧凑型荧光灯)约为每个家庭 50 美元。班达的家庭每年已经在煤油上花费 50 到 60 美元,“这使我们的系统在与煤油照明竞争中非常具有竞争力,同时提供更高质量的照明,”布兰德说。“此外,煤油的成本与石油的成本挂钩,而石油的价格在未来可能会上涨。”
近年来,非洲国家收到了许多旨在改善教育、提供清洁用水和保护当地人民免受疾病侵害的低技术小工具。总部位于伦敦的 Pump Aid(由三位在津巴布韦农村生活和工作的教师组成的慈善机构)开发了 740 美元的 Elephant 水泵,以帮助村民获得清洁的水,以及 Elephant 厕所,这是一种无需管道的厕所,可以用一块混凝土和其他容易获得的材料建造,成本约为 30 美元。
总部位于瑞士的慈善组织 Vestergaard Frandsen Group 制造了许多针对非洲的基本技术,包括 LifeStraw(一种带有过滤器的粉蓝色塑料管,可以清除水中引起伤寒、霍乱和腹泻的微生物);ZeroFly(一种用杀虫剂层压的塑料片,用于建造临时住所);以及 PermaNet(一种经过杀虫剂处理的窗帘,可防止携带疾病的昆虫)。与此同时,南非的 Freeplay Foundation 是一个促进非洲偏远地区广播的组织,它为卢旺达和其他地方的社区提供Lifeline 收音机,该收音机通过摇动手柄上的弹簧加载机构进行充电。