電活化聚合物振動能發(fā)電基礎理論及關鍵技術研究

本項目以電活化聚合物(EAPs)作為發(fā)電材料進行了研究，EAPs材料具有優(yōu)異的機電轉換特性，與壓電、電磁等發(fā)電方式相比其特點鮮明，特別在低頻、較大應變發(fā)電場合更具優(yōu)勢，在微發(fā)電技術等領域極具應用前景。本項目在研究EAPs材料原理和特性的基礎上，對EAPs材料在振動能量發(fā)電領域的應用可行性進行了探索，研究了EAPs的能量轉換特性，實現(xiàn)了利用EAPs的振動能發(fā)電。具體研究工作包括：①振動發(fā)電過程中EAPs性能參數(shù)的動態(tài)變化規(guī)律研究，針對EAPs材料發(fā)電特點設計并搭建了EAPs振動發(fā)電實驗臺，通過該實驗臺測試掌握了EAPs材料電容和位移、速度的關系，張力和位移、速度的關系，電壓和振幅、頻率的關系等。②經(jīng)理論分析，結合Neo-Hooken模型建立了EAPs振動發(fā)電的機電耦合數(shù)學模型，并以性能參數(shù)測試數(shù)據(jù)為基礎，結合MATLAB、COMSOL等手段進行了機電模擬仿真分析，驗證了數(shù)學模型的合理性。③根據(jù)EAPs的振動發(fā)電特點，設計了多種EAPs發(fā)電機的機械結構，研究了基于同步開關能量回收技術的控制策略，建立了恒電場和恒電荷組合循環(huán)方式，相較于傳統(tǒng)方法，該非線性方法顯著提高了機電轉換效率。④在機械單元和電控單元設計的基礎上，制作了EAPs卷形換能器等多種不同結構的EAPs發(fā)電機樣機并進行了試驗和優(yōu)化，重點對單軸、純剪切與雙軸等三種拉伸模式進行了對比，發(fā)現(xiàn)雙軸拉伸模式產(chǎn)生的能量和效率更高。本項目為振動能發(fā)電、特別是微發(fā)電技術的研究提供了一種新思路，在MEMS等領域具有廣闊的應用前景。本項目的研究有利于推動和促進我國對EAPs材料及振動能量回收相關技術的研究，對獲得具有我國自主知識產(chǎn)權的EAPs相關研究具有重要意義。 2100433B

電活化聚合物(EAPs) 作為發(fā)電材料具有優(yōu)異的機電轉換特性，與壓電、電磁等發(fā)電方式相比其特點鮮明，特別在低頻、較大應變發(fā)電場合更具優(yōu)勢，在微發(fā)電技術等領域極具應用前景。本項目將對EAPs振動能發(fā)電的關鍵問題進行深入研究，從而獲得其基礎理論、方法及關鍵技術。主要研究內(nèi)容包括：①振動發(fā)電過程中EAPs性能參數(shù)的動態(tài)變化規(guī)律研究，通過測試掌握EAPs電容、介電常數(shù)、楊氏模量等常規(guī)參數(shù)隨振動激勵變化的動態(tài)特性并獲得最大電場、最大應力和應變、最大頻率寬帶等失效邊界條件；②經(jīng)理論分析,并以性能參數(shù)測試數(shù)據(jù)為基礎,結合ABAQUS、LT-Spice等手段進行機電模擬仿真分析，建立EAPs振動能發(fā)電的機電耦合模型；③系統(tǒng)的機電結構設計及優(yōu)化，以及基于同步開關能量回收技術的控制策略和發(fā)電轉換效率優(yōu)化研究；④樣機制作與試驗，實現(xiàn)系統(tǒng)結構/參數(shù)的優(yōu)化、能量回收及控制方案優(yōu)選、效率分析方法和評價指標建立。

如何實現(xiàn)網(wǎng)絡的高效節(jié)能，是目前互聯(lián)網(wǎng)研究中受到極大關注的前沿問題。本項目圍繞IP協(xié)議體系架構，對綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)的基礎理論模型及關鍵技術展開研究。主要工作包括：根據(jù)器件設備內(nèi)在能耗規(guī)律，提出基于遺傳算法的最小中值二乘法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的能耗建模方法，保證能耗模型的精度與靈敏度；為全面反映綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)綜合性能，在定義網(wǎng)絡能耗評價指標參數(shù)的基礎上，提出基于多屬性決策的評價模型設計方法；為應對IP協(xié)議收斂速度慢、節(jié)能操作滯后效應明顯的問題，提出基于先應思想以線下方式預置多張節(jié)能拓撲，以線上方式作拓撲切換和擁塞處理；挖掘節(jié)能技術內(nèi)涵，將其與網(wǎng)絡生存性技術結合，提出純IP方式下的節(jié)能無環(huán)替代路算法和MPLS方式下的TE-Tunnel保護資源綠色共享算法，使生存性技術兼顧節(jié)能要求；對上述研究成果進行集成，構建統(tǒng)一高效的綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)體系架構。鑒于現(xiàn)有文獻中尚無相關研究思路，因此本項研究屬創(chuàng)新研究。

研究院通過機制創(chuàng)新，樹立了產(chǎn)學研合作的新典范，并不斷取得研發(fā)工作的新成果。先后承擔了：1）科技部“十一·五”國家科技支撐計劃課題“大型垃圾焚燒發(fā)電技術和二次污染控制集成與關鍵裝備研究”；2）重慶市科委重大科技攻關項目“垃圾焚燒發(fā)電關鍵技術研究及產(chǎn)業(yè)化”；3）重慶市經(jīng)濟委員會2006年度重慶市引進消化吸收再創(chuàng)新重大項目計劃“生活垃圾焚燒發(fā)電技術及裝備研究”；4）重慶市科委科技攻關重點項目“垃圾焚燒發(fā)電廠高速離心式霧化器研究與開發(fā)”；5）重慶市科委科技攻關重點項目“垃圾焚燒爐液壓控制系統(tǒng)”；6）科技部2007年國家火炬計劃項目“大型機械爐排式垃圾焚燒爐成套設備”；7）教育部“春暉計劃”資助項目“城市污泥與生活垃圾混合焚燒發(fā)電技術及關鍵裝備研究”、“垃圾焚燒二次污染檢測與處理技術”；8）科技部國際合作項目“城市生活垃圾氣化燃燒技術；9）國家社科基金項目《我國循環(huán)經(jīng)濟扶持政策的整合問題研究---以支持垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的公共政策為例》；10）國家自然科學基金項目《中國城市生活垃圾在機械爐排上輸送動力學行為研究》；11）重慶市科技攻關計劃項目《機械爐排式生活垃圾氣化關鍵技術研究及示范》。

成果推廣應用方面，研制的 “生活垃圾焚燒發(fā)電液壓系統(tǒng)”、煙氣凈化高速離心式霧化器等技術在國內(nèi)部份垃圾發(fā)電廠得到推廣，世界首座6T/D機械爐排式垃圾焚燒中試基地和與企業(yè)合作研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的350T/d垃圾焚燒發(fā)電廠成套裝備投入應用。研究院共獲得發(fā)明專利17項、實用新型專利39項，獲得重慶市科技進步獎3項，參與制定《生活垃圾焚燒爐及余熱鍋爐》國家標準（GB18750-2002）， “大型機械爐排式生活垃圾焚燒爐關鏈技術及裝備”獲“重慶市十大節(jié)能減排先進實用技術”稱號，由于驕人的成被評為2008年“全國工人先鋒號”稱號。