祝賀北京納米能源所發(fā)表藍色能源新技術(shù)研究

中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林團隊正在致力于研究一種基于摩擦納米發(fā)電技術(shù)的穩(wěn)定實用的波浪能發(fā)電網(wǎng)絡(luò)裝置，該技術(shù)難題一旦攻破，將引發(fā)一場海浪發(fā)電技術(shù)革命，加快我國海洋新能源開發(fā)速度，對保障能源安全、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展有重大里程碑性貢獻。這種“藍色能源”技術(shù)是王中林2014年提出的。

王中林從新興的利用人體運動攝取能量的技術(shù)中汲取靈感，使之應(yīng)用于海洋水波發(fā)電。他領(lǐng)導(dǎo)的北京納米能源所正在開發(fā)這樣的設(shè)備，從心跳驅(qū)動的醫(yī)用傳感器到腳踏式摩擦地毯發(fā)電照明，從衛(wèi)生保健到安全監(jiān)測，從穿戴式和柔然紡織電子系統(tǒng)到環(huán)境的治理，摩擦納米發(fā)電的各項創(chuàng)新應(yīng)用正在越來越多地嵌入我們?nèi)粘５纳镌噭┥钪?。摩擦納米發(fā)電機轉(zhuǎn)化效率高，可將50%的能量從動能轉(zhuǎn)化成電能，它是利用兩種不同材料接觸所產(chǎn)生的表面靜電荷導(dǎo)致的隨時間變化的電場來驅(qū)動電子的流動。制作這種大型網(wǎng)絡(luò)的納米發(fā)電機由眾多摩擦發(fā)電球構(gòu)成，采用傳統(tǒng)材料，價格低廉，如聚四氟乙烯、橡膠、聚全氟乙丙烯等，適用于大規(guī)模生物試劑和商業(yè)化。這種采集波浪能的納米發(fā)電球在海水中浮動，其中一種電介質(zhì)材料制成的球在另一個球體內(nèi)滾動產(chǎn)生摩擦電荷。它可以靈敏地回收海洋中的動能資源，包括水的上下浮動、海浪、海流、海水的拍打。當(dāng)海波帶動其中的小球每秒晃動兩至三次，即可產(chǎn)生大約1到10毫瓦的功率。這種發(fā)電網(wǎng)可以分布在遠離海岸和航道的深水區(qū)，不會影響在近海邊人們的生活和享樂等活動。理論測算，對于像山東省面積大小的這樣一片海域，如果在10米深的水中布滿這種發(fā)電的網(wǎng)格，其發(fā)出的電量可滿足*的能源需求。如果這個藍色能源夢得以實現(xiàn)，世界的能源格局都會發(fā)生根本的改變，人們依賴于石油和煤炭的化石能源就會變成歷史。

藍色能源與傳統(tǒng)綠色能源相比，擁有地理分布上的優(yōu)勢，海洋覆蓋了地球70%的表面，約44%的人口都居住在距海岸線150千米的范圍內(nèi)，人類向大海索取資源已成為必然的趨勢。海洋波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，分成風(fēng)浪、涌浪和近岸浪三種，具有能量密度高、分布面廣等優(yōu)點，據(jù)估計地球上海浪中蘊藏著的能量相當(dāng)于90萬億千瓦時的電能?，F(xiàn)今波浪能的利用形式是將大面積的波浪能加以吸收，并集中轉(zhuǎn)換成機械能，再帶動電磁發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電。作為目前世界上發(fā)展勢頭zui快的海洋能源利用形式，美國、日本、英國、西班牙、瑞典、丹麥等海洋大國均十分重視波浪能研究，相繼在海上建立了波浪發(fā)電裝置，然而普遍存在發(fā)電功率小、發(fā)電不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率不高等缺陷，特別是在小浪時，捕獲波浪能效率不高。

　　利用海洋能發(fā)電這一重要研究領(lǐng)域一直進展緩慢，海洋波力發(fā)電開發(fā)之艱辛，困難重重，究其原因主要是已研制的波能量收集器是基于法拉第電磁感應(yīng)定律的傳統(tǒng)電磁發(fā)電機，其輸出電壓、電流都與機械能頻率成正比，進而輸出功率與機械能頻率的平方成正比，故需穩(wěn)定且較高的工作頻率（>10Hz）才能獲得的輸出，但海洋中的波浪、潮汐和洋流等，其運動頻率均較低（0.1~2Hz），且海浪變幻無常，運動無規(guī)律，而這些磁鐵和線圈只能采集水流的能量，方向性比較單一，而且這些裝置必須安裝在海邊，不但影響景觀而且收集效率非常低，并且無法收集深水區(qū)的能量，極大地制約了它的實際應(yīng)用價值。同時，這種龐大而沉重的設(shè)備，制造成本高昂，使海洋能成為地球上zui昂貴的一種能源形式。相比之下，2012年王中林發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機，在一個較寬的頻率范圍內(nèi)，輸出電流與機械能頻率成正比，對于頻率低于5Hz的海浪波動，摩擦納米發(fā)電機的輸出效率遠高于電磁發(fā)電機，非常適用于收集藍色能源，在緩慢流動和隨機方向的波流條件下能夠穩(wěn)定輸出功率。