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我国科学家提出颠覆性海洋能采集方式
添加时间:2015-4-7  来源:科学报  点击:1703  
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  本报讯(见习记者张晴丹 记者甘晓)海洋能被誉为风能、太阳能等绿色能源之后的“蓝色能源”。然而,海浪发电转换率不高的问题一直困扰着科学家。最近,中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、首席科学家王中林带领他的团队,首次提出了基于摩擦发电机网络结构的海洋能采集方式,颠覆了从前以电磁感应收集海洋能的方式,并有望在五年内实现产业化。“蓝色能源开发不再是梦。”王中林在接受《中国科学报》记者采访时如此表示。

目前,海洋能的采集主要基于电磁感应的原理,利用海洋水流冲击形成线圈对磁感线的切割来产生电能。不过,这类采集方式存在一些弊端。“构成传统电磁感应机的是重的磁铁和线圈,放到水里后会往下沉,不能自然地浮在水体表面,除非从海底建立支撑塔架,这样大大加大了工程的难度和代价。再加上海里上下翻腾的波浪的不规则运动,使得传统的电磁发电机难以收集波浪能。”王中林说,“但海洋能的大部分机械能都是蕴涵在海水表面的波动能。”

美国佐治亚理工学院博士生陈俊也指出,这些磁铁和线圈只能采集水流的能量,方向性比较单一,而且铁质结构很容易受到海水的腐蚀,极大地制约了长期使用的可能性。

2012年,王中林带领研究小组提出了“摩擦纳米发电机”的概念。摩擦纳米发电机是利用高分子材料通过摩擦起电和静电感应的耦合而实现的。这种发电机不仅能够驱动微纳电子器件工作,还可以给便携式电子设备和家用电器供电,其质量轻、密度小,能漂浮在水面上。

在此基础上,中美两国的研究人员合作发明出由摩擦发电机网络组成的海洋能发电新技术。“摩擦纳米发电机连起来像渔网一样,在海水上下翻腾时可以回收大面积的波浪能。”王中林说。

“结构的巧妙是这项技术的一大特色。”作为研究小组主导成员之一的陈俊介绍说,每个器件单元中的塑料球,能够很有效、很灵敏地将海水表面的波动转换成自身的动能。滚动的小球,则能撞击以触发每个最小功能单元,将海水的波动能转化成电能。

所以,该器件不仅可以对水流的机械能进行回收,还可以漂浮在水面上进行波动能的采集,不仅可以收集大风大浪的机械能,而且对小波动的能量也能进行有效采集。

“此外,提出网络这种概念,实际上是一种积少成多的方式。”中国科学院北京纳米能源与系统研究所副研究员张弛表示,这种积少成多的作用可以收集巨大的能量,有助于解困能源危机,真正实现环境友好型供电。

从原理上区别于传统电磁感应的摩擦纳米发电机被科学家们视为“颠覆性的技术”。在能源业内人士看来,这项技术适合大规模生产。

据了解,实验测试表明,1平方公里的海洋能输出,可以有望达到1.15兆瓦,相当于点亮10万支10瓦的灯泡,如果做成2万平方公里的发电网络,发电量相当于三峡大坝的输出电量。

尽管这项研究仍处于实验室基础研发阶段,“但是,我们应该看到它巨大的潜能,根据实验结果推算,当真正实现大面积收集海洋能时,我们的能源将永远不是问题。”王中林指出。

据张弛介绍,研究人员下一步工作是提高输出电量的能力,提高储能效率和设备的可靠性,推进产业化和市场的应用。

除了大能源的供电需求,这项技术还可以面向生活,将人体的运动和周围环境风吹草动的机械能进行收集和存储,用于便携式电子器件的供电。

现在已经有企业递出了“橄榄枝”来支持这项技术的成果转化。“从今年开始,我们已经有了产业化的立项,预计三年时间,摩擦纳米发电机的相关产品能够真正实现从实验室迈向产业化。”王中林表示。

 

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