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绿色能源——振动能

 
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*小周



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帖子发表于: 29-12-09 星期二 4:20 pm    发表主题: 绿色能源——振动能 引用并回复

发表于: 23-12-09 星期三 12:52 pm

突破振动能转电力技术,廖维新获IEEE最佳论文奖

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經過多年研究,廖維新(左)的科研團隊成功設計出高效換能器,讓集電效率提升5成,有望製成自給自足、零污染、長壽命的電池;圖右為梁俊睿。

 
港中大创零污染 超长寿电池

香港《文汇报》记者 覃卓嘉


現代社會環境污染、能源短缺日趨嚴重,人類迫切需要開發新的綠色能源。除太陽能、風力及水力等較多人知道的能源外,其實生活中還存在一種看不見的免費綠色能源——振動能。近年來,它成為世界各地科研團隊關注的焦點。中文大學機械與自動化工程學系教授廖維新,成功突破科學界在收集振動能方面的瓶頸,率先設計新型的高效「換能器」,大大提高將振動能轉換為電力的成效,可化身成自給自足、零污染,且壽命長千萬倍的電池。他因此而獲得國際權威的電機及電子工程師學會(IEEE)2009年度「最佳論文獎(自動化)」,或將帶來另一個綠色能源新時代。

廖維新介紹指,振動能屬於環境能源(Ambient energy)中的一種,廣泛存在於日常生活的不同角落,如人做運動、車輛行駛、甚至是電器在使用的過程中均存在振動,當中包含動能及位能。他坦言,過往振動能一直都被忽略,但隨能源危機及環境問題的迫近,加上微型電子零件的發展,科學界近年開始聚焦於有關能源的研究,更漸漸開創一片新天地。

對環境能源來說,能量收集(Energy Harvesting)是當中最重要的第一步。廖維新解釋,振動能的收集利用了壓電效應(Piezoelectric Effect)的原理,透過特有的材料,當受擠壓時便能將當中的機械能轉換為電能。其設計的高效換能器(Energy Transducer)便採用特製的人工壓電陶瓷(Piezoelectric Ceramics),選取合適的大小及形狀,作能量收集之用。


舊技術供電效率低

利用特有材料的壓電效應收集電力的理論,其實已存在多年,然而在實際層面,產生到的電力卻難以儲存,大部分都隨即流回壓電材料中,再變回機械能流失,往往「得電無所用」。廖維新指,近年外國曾發明的一些換能器,正正遇上有關問題,令供電效率低至難以接受的水平。

因此,他的研究團隊就特別將換能器分為能量收集器和儲存電路板兩部分,再依據電流、電壓的流動特點和變化分析,創新地利用電子零件,成功製造一個可以鎖定電能流向的「電路控制門」,讓電力經過後便「有入無出」,儲於儲電器中,令換能器的儲電效能大大提升。


新轉換器收集電能高5成

 在實驗中,廖維新與其博士研究生梁俊睿成功以每秒30次(30Hz)的振動條件,讓其新式換能器收集到15個毫瓦(mW)的電量,較現有換能器的10個毫瓦高出達5成。他表示,當振動的功率越大,可收集到的電量就越多,「理論情況下,我們的換能器已可在一些特定環境中,收集到等同於小型電池的電能。」


電池壽命20年 用於低用電產品

廖維新又指,廢棄電池是現時主要的環境污染物之一,由於換能器能全面自給自足,從環境的振動中收集永不耗盡的電力,其壽命可達逾20年,為電池的千萬倍,幾乎達到零污染的效果。目前該團隊正就對換能器做進一步改良,努力擴大其應用範疇,若可全面於低用電量電子產品及監察儀器採用,更可望開創出綠色能源的新時代。

http://paper.wenweipo.com/2009/12/21/ED0912210001.htm
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*小周



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帖子发表于: 29-12-09 星期二 4:20 pm    发表主题: 引用并回复

发表于: 23-12-09 星期三 12:58 pm


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帖子发表于: 29-12-09 星期二 4:21 pm    发表主题: 引用并回复

发表于: 23-12-09 星期三 1:04 pm

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廖維新(右)和博士研究生梁俊睿(左)獲IEEE國際會議ICIA本年度最佳論文獎。


与现有再生能源互补不足


取自周邊環境的振動能,亦屬於可再生能源(Renewable energy)中的一種,為一種無污染、可循環利用的清潔能源。而與其他常見的可再生的環境能源包括太陽能(Solar Power)、風能(Wind Power)、和水能(Hydraulic Power)等相比,振動能的收集與應用均採用另一種模式,並非以大規模投資興建大型的收集場,發電量亦較少,多只能用於小型物件,但卻能不受地域、時間條件限制,與現有可再生能源可說是互補不足。


太陽風能水能需天時地利

 現時不少地方均有利用太陽能、風能或水能來發電,不過要成功開發,無論是地理及金錢資源投入都極大,如要建立一個太陽能發電廠,投入至少數以億元計,更要選擇廣闊且日照時間長的地方,限制極大。同樣風能或水能的開發均需要選擇合適的地方,符合眾多條件,基本上均需要「望天打卦」,依靠天時及地利。


振動能隨時隨地可發電

 而振動能的最大優勢就在於不受到地域、時間等條件的限制,理論上世上絕大多數物件都處在持續的輕微振動中,正不斷產生可再利用的振動能量。廖維新稱,「即便身處無陽光、無風、無水的偏僻地域,這種能量依然存在,補充了其他能源相關方面的缺陷,未來若再加以開發,其帶來的價值將更大。」

http://paper.wenweipo.com/2009/12/21/ED0912210004.htm
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帖子发表于: 29-12-09 星期二 4:22 pm    发表主题: 引用并回复

发表于: 23-12-09 星期三 1:05 pm


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帖子发表于: 29-12-09 星期二 4:23 pm    发表主题: 引用并回复

发表于: 23-12-09 星期三 1:09 pm

用於電子產品 成本不過百元


廖維新指,雖然每次從振動能收集到的電量並不多,但應用範圍十分廣泛,包括人們在運動時採用的健康監察器,新建築物安裝的狀況檢測器等,均可取代電池自給自足供電。

MP3機讀卡器均可應用

他舉每日車水馬龍的香港青馬大橋為例,大橋全程現有約900個電子感測器,傳送橋身溫度、風化程度、及結構正常與否等信息,由於大橋產生大量振動能,透過新的高效換能器將之轉化成電力,便可省去所需的近千顆電池,「而且電池每1、2年便要棄舊換新,換能器卻能用至少15年,大大減少浪費和對環境的污染。」

而電子產品的微型化趨勢及社會環保意識的提升,都為收集振動能供電開拓發展空間。廖維新表示,10多年前如MP3、讀卡器等電子產品體積大,耗電量亦多,需要極之強烈且頻密地振動才能提供足夠的電力,並非現實能做到,學界幾乎沒有人願深入探討有關議題。

2001年至今獲300萬經費

但隨科技發達,產品越見小巧,近年吸引科學界越來越多人關注收集振動能的研究及發展。

他續指,香港政府近年對環境、再生能源等方面愈加重視,也讓其科研工作備受關注,01年至今,已獲得校內外的經費約300萬元,發展其換能品的項目,更已初步見成果。

有關高效換能器已快將達至廣泛應用機會,廖維新表示,在實驗室內因需要獲取精細數據,材料及細節都較講究,但換能器的成本亦只約200港元,「若未來可大量生產,相信成本還會大幅降低,預計不超過100元。」他指有關成本雖比單一電池貴,但只要對比其壽命,卻是更加經濟實惠,同時更對環境大有幫助。

http://paper.wenweipo.com/2009/12/21/ED0912210003.htm
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帖子发表于: 29-12-09 星期二 4:23 pm    发表主题: 引用并回复

发表于: 23-12-09 星期三 1:11 pm

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為監控大橋結構,現代橋樑均會在橋身安裝電子感測器,以傳送溫度、風化程度等信息。但感測器每1至2年要更換電池,帶來大量電池垃圾,若未來採用換能器,可大大減少環境污染。
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