電活化聚合物振動(dòng)能發(fā)電基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究結(jié)題摘要

本項(xiàng)目以電活化聚合物(EAPs)作為發(fā)電材料進(jìn)行了研究，EAPs材料具有優(yōu)異的機(jī)電轉(zhuǎn)換特性，與壓電、電磁等發(fā)電方式相比其特點(diǎn)鮮明，特別在低頻、較大應(yīng)變發(fā)電場合更具優(yōu)勢(shì)，在微發(fā)電技術(shù)等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。本項(xiàng)目在研究EAPs材料原理和特性的基礎(chǔ)上，對(duì)EAPs材料在振動(dòng)能量發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用可行性進(jìn)行了探索，研究了EAPs的能量轉(zhuǎn)換特性，實(shí)現(xiàn)了利用EAPs的振動(dòng)能發(fā)電。具體研究工作包括：①振動(dòng)發(fā)電過程中EAPs性能參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究，針對(duì)EAPs材料發(fā)電特點(diǎn)設(shè)計(jì)并搭建了EAPs振動(dòng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過該實(shí)驗(yàn)臺(tái)測試掌握了EAPs材料電容和位移、速度的關(guān)系，張力和位移、速度的關(guān)系，電壓和振幅、頻率的關(guān)系等。②經(jīng)理論分析，結(jié)合Neo-Hooken模型建立了EAPs振動(dòng)發(fā)電的機(jī)電耦合數(shù)學(xué)模型，并以性能參數(shù)測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合MATLAB、COMSOL等手段進(jìn)行了機(jī)電模擬仿真分析，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的合理性。③根據(jù)EAPs的振動(dòng)發(fā)電特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多種EAPs發(fā)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，研究了基于同步開關(guān)能量回收技術(shù)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(jī)電轉(zhuǎn)換效率。④在機(jī)械單元和電控單元設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，制作了EAPs卷形換能器等多種不同結(jié)構(gòu)的EAPs發(fā)電機(jī)樣機(jī)并進(jìn)行了試驗(yàn)和優(yōu)化，重點(diǎn)對(duì)單軸、純剪切與雙軸等三種拉伸模式進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)雙軸拉伸模式產(chǎn)生的能量和效率更高。本項(xiàng)目為振動(dòng)能發(fā)電、特別是微發(fā)電技術(shù)的研究提供了一種新思路，在MEMS等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本項(xiàng)目的研究有利于推動(dòng)和促進(jìn)我國對(duì)EAPs材料及振動(dòng)能量回收相關(guān)技術(shù)的研究，對(duì)獲得具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EAPs相關(guān)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(jī)電轉(zhuǎn)換特性，與壓電、電磁等發(fā)電方式相比其特點(diǎn)鮮明，特別在低頻、較大應(yīng)變發(fā)電場合更具優(yōu)勢(shì)，在微發(fā)電技術(shù)等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。本項(xiàng)目將對(duì)EAPs振動(dòng)能發(fā)電的關(guān)鍵問題進(jìn)行深入研究，從而獲得其基礎(chǔ)理論、方法及關(guān)鍵技術(shù)。主要研究內(nèi)容包括：①振動(dòng)發(fā)電過程中EAPs性能參數(shù)的動(dòng)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(dòng)激勵(lì)變化的動(dòng)態(tài)特性并獲得最大電場、最大應(yīng)力和應(yīng)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(chǔ),結(jié)合ABAQUS、LT-Spice等手段進(jìn)行機(jī)電模擬仿真分析，建立EAPs振動(dòng)能發(fā)電的機(jī)電耦合模型；③系統(tǒng)的機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化，以及基于同步開關(guān)能量回收技術(shù)的控制策略和發(fā)電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化研究；④樣機(jī)制作與試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)/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(píng)價(jià)指標(biāo)建立。

如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高效節(jié)能，是目前互聯(lián)網(wǎng)研究中受到極大關(guān)注的前沿問題。本項(xiàng)目圍繞IP協(xié)議體系架構(gòu)，對(duì)綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論模型及關(guān)鍵技術(shù)展開研究。主要工作包括：根據(jù)器件設(shè)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(luò)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(luò)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出基于多屬性決策的評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)方法；為應(yīng)對(duì)IP協(xié)議收斂速度慢、節(jié)能操作滯后效應(yīng)明顯的問題，提出基于先應(yīng)思想以線下方式預(yù)置多張節(jié)能拓?fù)?，以線上方式作拓?fù)淝袚Q和擁塞處理；挖掘節(jié)能技術(shù)內(nèi)涵，將其與網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)結(jié)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(hù)資源綠色共享算法，使生存性技術(shù)兼顧節(jié)能要求；對(duì)上述研究成果進(jìn)行集成，構(gòu)建統(tǒng)一高效的綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。鑒于現(xiàn)有文獻(xiàn)中尚無相關(guān)研究思路，因此本項(xiàng)研究屬創(chuàng)新研究。

研究院通過機(jī)制創(chuàng)新，樹立了產(chǎn)學(xué)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(dān)了：1）科技部“十一·五”國家科技支撐計(jì)劃課題“大型垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)和二次污染控制集成與關(guān)鍵裝備研究”；2）重慶市科委重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“垃圾焚燒發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化”；3）重慶市經(jīng)濟(jì)委員會(huì)2006年度重慶市引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新重大項(xiàng)目計(jì)劃“生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)及裝備研究”；4）重慶市科委科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)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(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目“垃圾焚燒爐液壓控制系統(tǒng)”；6）科技部2007年國家火炬計(jì)劃項(xiàng)目“大型機(jī)械爐排式垃圾焚燒爐成套設(shè)備”；7）教育部“春暉計(jì)劃”資助項(xiàng)目“城市污泥與生活垃圾混合焚燒發(fā)電技術(shù)及關(guān)鍵裝備研究”、“垃圾焚燒二次污染檢測與處理技術(shù)”；8）科技部國際合作項(xiàng)目“城市生活垃圾氣化燃燒技術(shù)；9）國家社科基金項(xiàng)目《我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(xué)基金項(xiàng)目《中國城市生活垃圾在機(jī)械爐排上輸送動(dòng)力學(xué)行為研究》；11）重慶市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目《機(jī)械爐排式生活垃圾氣化關(guān)鍵技術(shù)研究及示范》。

成果推廣應(yīng)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(shù)在國內(nèi)部份垃圾發(fā)電廠得到推廣，世界首座6T/D機(jī)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(shí)產(chǎn)權(quán)的350T/d垃圾焚燒發(fā)電廠成套裝備投入應(yīng)用。研究院共獲得發(fā)明專利17項(xiàng)、實(shí)用新型專利39項(xiàng)，獲得重慶市科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)，參與制定《生活垃圾焚燒爐及余熱鍋爐》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18750-2002）， “大型機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐關(guān)鏈技術(shù)及裝備”獲“重慶市十大節(jié)能減排先進(jìn)實(shí)用技術(shù)”稱號(hào)，由于驕人的成被評(píng)為2008年“全國工人先鋒號(hào)”稱號(hào)。