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埃尼獎得主王中林談藍色海洋能源:未來成本預計比光伏風電低
“怎樣可以形成革命性、顛覆性的技術,我們用的是藍色能源這個概念。風能、光伏等可再生能源最大的問題是不穩定,但海洋能源中的水波能非常穩定,只需一點水波,就能發電,且晝夜不停。”11月2日上午,2018年埃尼獎得主王中林在“世界頂尖科學家:碳大會·未來能源發展”論壇上,描繪了一個“藍色能源夢”。
王中林介紹,“藍色能源夢”,即通過摩擦納米發電機技術采集低頻信號,將微小的機械能轉化為電能。這項技術最具想象力的應用場景是在海洋,海洋占地球面積約71%,且海洋波動能不分晝夜、不分天氣、不擠占陸地面積,是一種環保且可持續的能源。
“藍色海洋能源的成本預算比所有的太陽能、風能都低。”王中林對澎湃新聞(www.6773257.com)記者表示,藍色海洋能源的目標是通過物聯網、傳感網絡和大數據,實現分布式能源的布局。以前大家都是談大颶風發電,但摩擦發電機需要的是微風和慢波,發電一次可以形成不同周期的使用。
王中林算了一筆賬,從理論上對輸出功率進行評估,以山東省16萬平方公里的海域面積為例,假設水深是一米,在藍色海洋能源構想下能實現2TW的總發電量。山東省海域面積僅占全球海洋面積的萬分之四,藍色海洋能源還有巨大的潛力,且這個過程完全無碳產生。
但任何一種新興能源從實驗室走向產業化、規模化都要經歷諸多環節的協調推進,王中林表示,藍色海洋能源的實現還需要政府、企業更多地介入推動。
“對于今天的人工智能而言,每一個人都有自己的大數據,你可以形成自己的能量來源,你可以給自己供能。”王中林在自驅動傳感方面也提出了自己的暢想,并分享了自己的研究成果。
王中林表示,人類的能量也可以進行捕獲。通過三維正交編織,在生物和化學結合下,用微風實現自供電,風速可低到4.5米/秒,然后通過433兆赫的無線電傳輸,每18分鐘可以獲得發動一次的監控數據。這種風電驅動的自動供電系統,可以實現便攜式的使用,且任何動作都可捕獲到。
自供能系統背后離不開能量收集器。自充電可持續供能的摩擦納米發電機(TENG)就是一類新興的能量收集器件,依據接觸起電和靜電感應的耦合作用原理,TENG能夠將機械能轉化為電能。TENG的低廉、高效、環保的特征和普遍適用性使其在小規模的機械能收集和大規模的能源發電方面具有廣闊前景。
傳統TENG需要直接接觸和充分摩擦以產生更多的摩擦電荷和實現更高的輸出功率密度,但長期運行后可能導致嚴重磨損,降低設備壽命周期。
王中林院士和中國科學院北京納米能源與系統研究所蔣濤研究員等共同設計并制造了一種改進的旋轉摩擦電納米發電機(TENG),該發電機采用分段結構的兔毛基軟接觸(SCR-TENG)收集低速風能。
采用的軟生兔毛具有優異的摩擦帶電性能,有利于降低摩擦阻力,延長器件壽命。在480000次循環后,電介質膜表面未觀察到明顯磨損,轉移電荷沒有明顯衰減,機械能到電能的轉換效率達15.4%。
摩擦納米發電機的應用領域非常廣泛,包括自動充電電池、應急系統、氯的過濾、水波發電、生物傳感器、機器人、觸摸板、電子皮膚、可植入的醫療設備等。
王中林介紹,我們需要變革性的技術來生成能源,但是我們還需要新的儲能方式、新的能源管理方式,需要不同的系統相互合作,才可以形成可再生能源系統。
“實現‘雙碳’是全球的目標,科學沒有國界,我們需要各國合作來解決人類面臨的問題。”王中林對澎湃新聞記者表示,在這次頂尖科學家論壇上,和不同領域的科學家一起交流,有助于為納米能源的發展打開新思路。納米能源的能源回收材料、化學物等,涉及物理、化學、工程機械、電子工程、生物環境多個學科,這是個需要全面交叉解決的大問題。
王中林是國際公認的納米科學與技術領域的領軍型科學家、“納米發電機之父”,發明了壓電納米發電機、摩擦納米發電機和自驅動納米系統技術,實現了把散落在環境中的低頻機械能收集轉化為電能,為微納電子系統發展和物聯網、傳感網絡實現能源自給和自驅動提供了新途徑。
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