CN110165943B

CN110165943B - 大地电磁发电机

Info

Publication number: CN110165943B
Application number: CN201910560504.1A
Authority: CN
Inventors: 何兰芳
Original assignee: Institute of Geology and Geophysics of CAS
Current assignee: Institute of Geology and Geophysics of CAS
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: CN110165943A

Abstract

本发明公开了一种大地电磁发电机，包括顺次连接的电流生成装置、电流转换与管理模块及储能模块。本发明通过设置的电流生成装置、电流转换与管理模块及储能模块，能够将基于大地电磁的电流收集起来，并将其转换成能够满足用户端需求的电流，从而实现对地球表面和近地表可利用的太阳电磁能和地球电磁能的零排放、绿色、可再生资源应用，尤其是能够满足超低压电能领域的应用需求。

Description

大地电磁发电机

技术领域

本发明新能源技术领域，涉及一种可持续、绿色、超低压新能源利用，尤其涉及一种利用大地电磁发电的大地电磁发电机。

背景技术

绿色可持续能源一直是人类应对温室气体排放的希望所在。科学和技术领域一直在探索低排放和零排放的可持续能源，地热能、风能和太阳能是常规和高压能源发展的重点，且成效较为显著。

近年来，低压便利的而又不受场地限制的非常规能源利用受到了较大关注，例如纳米发电机(Chen Xu and Zhong Lin Wang,"Compacted hybrid cell made by nanowireconvoluted structure for harvesting solar and mechanical energies",Adv.Mater.23(2011)873-877.)和地球脉动发电机(Grandics,Peter."Pyramid electricgenerator."U.S.Patent No.8004250.23 Aug.2011.)等零排放被动源可持续低压发电技术得到了较大的发展。太阳可誉为地球全部能源的来源，光伏技术和太阳灶是人类利用太阳光能和热能的主要方式。太阳在以光和热向地球传播能源的同时，还有两类被人们忽视的能源，一是太阳的电磁辐射，二是太阳风和地球磁场相互作用形成的大地电磁场，这两类能源(统称太阳电磁能)在能源上远小于光能和热能，但全球分布而且不受地域、昼夜、冷暖、晴雨等空间和气候条件限制，也不受电网的外部条件控制，可独立使用。除太阳电磁能之外，地球表面和内部电化学性质的差异可以形成电位差，工业供电泄漏和接地系统也形成工业游离电流，这两种能源(统称地球电磁能)。

在地球表面及近地表可利用的太阳电磁能和地球电磁能统称为大地电磁(大地电流)，其均为零排放、可持续、绿色、超低压新能源，将大地电磁加以利用，可为偏远地区永久性监控设备提供能源，为趋光性生物研究提供持续安全光源等等。然而，目前尚未有大地电磁的开发利用技术的相关报道。

发明内容

本发明目的旨在针对现有技术的不足，提供一种大地电磁发电机，直接利用大地电磁场(或大地电流)提供并转换电能，从而实现对地球上普遍存在的、微弱天然电磁场形成的电能的应用。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案来实现。

本发明提供了一种大地电磁发电机，包括顺次连接的电流生成装置、电流转换与管理模块及储能模块。电流生成装置，用于接收大地电流或大地电磁场并形成回路，同时将接收的电流传输给电流转换与管理模块。电流转换与管理模块，用于将接收的电流转换成满足需求的稳定电流，并传输给储能模块。储能模块，用于将接收的电流进行储存，并将储存的电能传输至用电端。

本发明提供的大地电磁发电机，利用零排放绿色可再生能源技术，在不消耗化石能源、生物能源、不排放温室气体的前提下，在地球表面或1000米深度以内的近地表获取并利用不受气候条件和地域约束的由大地电磁场或大地电流产生可持续供应能源。本发明首先利用电流生成装置接收大地电流或大地电磁场，并形成电流回路，然后利用电流转化和管理模块将电流回路中的交流部分转化成直流，并将转化后的电流输入储能模块进行储存。储能模块将电流输出给用电端。

上述大地电磁发电机，所述电流生成装置，按照其工作原理，分为以下两种：

(1)所述电流生成装置由配套的两组组合电极构成，每组由多路微电极并联组成，多路微电极相互隔离插入地下，并分别通过导线接入电流转换与管理模块。这种实现方式，是由插入地下的多路微电机接收大地电流，并通过导线将接收的电流传输至电流转化与管理模块。本发明中，微电极采用不锈钢或其它金属材料。

(2)所述电流生成装置由一个以上电磁感应器件构成，所述电磁感应器件由多匝线圈及设置于线圈内的磁导材料构成，线圈两端接入电流转换与管理模块。利用法拉第电磁感应原理，闭合线圈中磁场变化，会在线圈中形成感应电动势。由于穿过磁导材料的磁场是变化的，因此在相互联通的线圈中形成电流，形成的电流通过导线接入电流转换与管理模块。本发明采用的磁导材料为具有较高磁导率的合金材料，包括但不限于铍镆合金等。

上述大地电磁发电机，所述电流转换与管理模块包括整流子模块和电源管理系统(BMS)系统。整流子模块用于实现变频交流-直流转化，本发明采用的是桥式整流电路组合，桥式整流电路组合是指多个桥式整流系统串联或并联组合，从而为每路(或每组)输入的电流分别使用独立的输入电路，在输出端实现并联或串联组合。BMS系统用于实时分析各路电流，计算出最佳的输出方案，向储能模块输出稳定的电流。为了实现对大地电磁发电机的远程控制，还可以在BMS系统加载基于无线通讯的远程控制模块，通过远程控制模块，实现对BMS系统的管理。

上述大地电磁发电机，进一步包括设置于储能模块和用电端之间的放大模块，用于将储能模块存储的电流放大至满足用电端需求。放大模块可以采用本领域已经披露的常规电流、电压放大电路，这里不再赘述。

上述大地电磁发电机，所述储能模块为由多个充、放电电池串联或并联而成，或者为能源互联网。多个电池组合之间再通过串联或/和并联进一步组合用于将电压或电流放大至满足用电端需求。

上述大地电磁发电机，所述用电端为超低压用电端，超低压范围为1毫伏～5000毫伏。超低压用电端包括超低压芯片、超低压光源等。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的大地电磁发电机，通过设置的电流生成装置、电流转换与管理模块及储能模块，能够将基于大地电磁的电流收集起来，并将其转换成能够满足用户端需求的电流，从而实现对地球表面和近地表可利用的太阳电磁能和地球电磁能的零排放、绿色、可再生资源应用，尤其是能够满足超低压电能领域的应用需求。

2、本发明提供的大地电磁发电机，由于大地电磁不受气候条件和地域约束，因此可实现持续能源供应，为人类绿色能源开发与利用提供了新的研究方向。

3、本发明提供的大地电磁发电机，通过将得到的电流进行放大处理(电流放大或电压放大)，能够满足高于超低压的用电需求。

4、本发明提供的大地电磁发电机，可以在不需要经过储能和放大的情况下，将得到的电流直接用于超低压电器件及其组合。

5、本发明提供的大地电磁发电机，构造简单，制造成本低，且实施方便，适用性较强，适于在任何地区推广，尤其是工业用电没有通达沙漠、雨林地区等。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的大地电磁发电机的结构示意图；其中，101-组合微电极，102-电流转换与管理模块，103-储能模块，104-用户端，105-放大模块。

图2为实施例1提供的大地电磁发电机中组合接地电极示意图；其中A为仰视图，B为A中放大示意图，C为组合接地电极示意图。

图3为采用单组接地电极接收电流的应用示意图；其中，1-微电极a1,2-微电极a2,3-整流子模块。

图4为实施例2提供的大地电磁发电机的结构示意图；其中，201-组合微电极，202-电流转换与管理模块，203-储能模块，204-用户端，205-放大模块，206磁导材料。

图5为实施例2提供的大地电磁发电机基于的电磁感应原理图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明做出一些非本质性的改进和调整。

从大地电磁的研究和观测都表明，受大地电磁场(主要来源于太阳风和地球磁场的相互作用)、雷电(云层高压放电)、工业游离电流(主要来源于电磁辐射和用电接地)及地球表层电化学作用(主要来源于不同导电离子的不均匀分布)等方面的影响，大地表面存在不同频率组分的变化电磁场，利用接地电极和不接地磁场传感器可采集这一电磁场。从电流收集到应用，一般包括四步：(1)电流收集；(2)电流转换与管理；(3)电能储积；(4)超低压应用。

基于上述分析，本发明提供了一种大地电磁发电机。下面通过实施例1、应用例和实施例2对本发明的具体实施过程进行详细的说明。

实施例1

本实施例提供的大地电磁发电机，如图1所示，包括顺次连接的电流生成装置、电流转换与管理模块102、储能模块103和放大模块105。

上述电流生成装置是由配套的两组组合微电极101构成。每组组合微电极由多路单个微电极并联组成。如图2所示，本实施例中多根微电极呈阵列排布构成组合微电极，单个微电极相互隔离插入地下，并通过导线接入电流转换与管理模块。配套的两组组合微电极101相隔的距离应满足两点之间存在电位差。本实施例中，微电极采用不锈钢材料。

上述电流转换与管理模块102包括整流子模块和BMS系统。整流子模块用于实现变频交流-直流转化，本实施例采用的是桥式整流电路组合，桥式整流电路组合是指多个桥式整流电路并联组合，从而为每路输入的电流分别使用独立的输入电路，在输出端实现并联或串联组合。BMS系统(电源管理系统)用于实时分析各路电流，计算出最佳的输出方案，向储能模块输出稳定的电流。本实施例通过分布式BMS系统实现对微电流的管理。该BMS系统同时加载了基于无线通讯的远程控制模块，通过远程控制模块，实现对BMS系统的管理。为了实现对大地电磁发电机的远程控制。

上述储能模块103通过BMS控制输出，其包括用于储积电能的电池组合及与电池组合输出端连接的、用于调节输出电压的稳压输出模块，通过稳压输出模块输出稳定的电压。电池组合是由多个充放电电池串联而成。

上述放大模块105采用集成放大电路，将储能模块输出的电流或电压放大至满足用户端需求。

上述大地电磁发电机的工作原理为：首先利用电流生成装置的组合微电极接收大地电流形成电流回路，然后利用电流转化和管理模块中的整流子模块将电流回路中的交流部分转化成直流，并将转化后的电流输入储能模块进行储存。储能模块将电流输出给用电端104。这里的用户端为超低压用户端，例如超低压光源、超低压监控电源等，超低压范围为1毫伏～5000毫伏。

应用例1

如图3所示，在河北涿州东辛庄村白沟河堤，利用一组总长200米的导线连接两个接地微电极(电极a1 1和电极a2 2)，接地电阻(两个接地电极之间的电阻)为906欧姆，导线的另一端接入整流子模块(实施例1中给出的)，测试从整流子模块的输出电流，获得了200毫伏的直流电压。

本应用例中，利用配对的两个接地电极组成电流生成装置，两个接地电极之间形成电位差，表明通过该电流生成装置能够接收电流形成电流回路，进一步通过整流子模块对接收得到电流进行转换变可以得到稳定的输出电流。

虽然本应用例没有给出BMS系统、储能模块、放大模块，但是本领域技术人员依据本应用例中给出的电流收集方法，再结合实施例1中提供的大地电磁发电机构成，将收集的电流进行储存、放大及应用，是能够实现的。

应用例2

本应用例是在北京沙河实施的。本应用例中采用一组总长为3000米的导线将两个铜板电极连接，接地电阻小于20欧姆，导线的另一端接入整流子模块(实施例1中给出的)，测试从整流子模块的输出电流，获得了最高25伏特的直流电压。

实施例2

本实施例提供的大地电磁发电机，如图4所示，包括顺次连接的电流生成装置、电流转换与管理模块202、储能模块203和放大模块205。

上述电流生成装置是由两个电磁感应器件构成，每个电磁感应器件由多匝线圈201及设置于线圈内的磁导材料206构成，线圈两端接入电流转换与管理模块。多匝线圈相互联通。

基于如图5所示的法拉第电磁感应原理，闭合线圈中磁场变化，由于穿过磁导材料的磁场是变化的，会在线圈中形成感应电动势，因而在相互联通的线圈中形成电流，形成的电流通过导线接入电流转换与管理模块。

上述电流转换与管理模块202包括整流子模块和BMS系统。整流子模块用于实现变频交流-直流转化，本实施例采用的是桥式整流电路组合，桥式整流电路组合是指多个桥式整流电路并联组合，从而为每路输入的电流分别使用独立的输入电路，在输出端实现并联或串联组合。BMS系统(电源管理系统)用于实时分析各路电流，计算出最佳的输出方案，向储能模块输出稳定的电流。本实施例通过分布式BMS系统实现对微电流的管理。该BMS系统同时加载了基于无线通讯的远程控制模块，通过远程控制模块，实现对BMS系统的管理。为了实现对大地电磁发电机的远程控制。

上述储能模块203通过BMS控制输出，其包括用于储积电能的电池组合及与电池组合输出端连接的、用于调节输出电压的稳压输出模块，通过稳压输出模块输出稳定的电压。电池组合是由多个充放电电池并联而成。

上述放大模块205采用集成放大电路，将储能模块输出的电流或电压放大至满足用户端需求。

上述大地电磁发电机的工作原理为：首先穿过磁导材料的磁场是变化的，因此在相互联通的线圈中形成电流，然后利用电流转化和管理模块中的整流子模块将电流回路中的交流部分转化成直流，并将转化后的电流输入储能模块进行储存。储能模块将电流输出给用电端204。这里的用户端为超低压用户端，例如超低压光源、超低压监控电源等，超低压范围为1毫伏～5000毫伏。

Claims

1.一种大地电磁发电机，其特征在于包括顺次连接的电流生成装置、电流转换与管理模块及储能模块；

电流生成装置，用于接收大地电流并形成电流回路，同时将接收的电流传输给电流转换与管理模块：所述电流生成装置由配套的两组组合电极构成，每组由多路微电极并联组成，多路微电极相互隔离插入地下，并分别通过导线接入电流转换与管理模块；

电流转换与管理模块，用于将接收的电流转换成满足需求的稳定电流，并传输给储能模块；所述电流转换与管理模块包括整流子模块和BMS系统；该BMS系统用于实时分析各路电流，计算出最佳的输出方案，向储能模块输出稳定的电流；该BMS系统同时加载了基于无线通讯的远程控制模块，通过远程控制模块，实现对BMS系统的管理；

储能模块，用于将接收的电流进行储存，并将储存的电能传输至超低压用电端。

2.根据权利要求1所述大地电磁发电机，其特征在于进一步包括设置于储能模块和用电端之间的放大模块，用于将储能模块存储的电流放大至满足用电端需求。

3.根据权利要求1或2所述大地电磁发电机，其特征在于所述储能模块由多个充、放电电池串联或并联组成，或者为能源互联网。

4.根据权利要求3所述大地电磁发电机，其特征在于多个电池组合之间通过串联或/和并联进一步组合用于将电压或电流放大至满足用电端需求。

5.根据权利要求1所述大地电磁发电机，其特征在于所述超低压范围为1毫伏~5000毫伏。