NREL的弹性机器人发电机开辟了奇怪的新能源捕获思路

2022年09月23日 10:06 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据New Atlas报道,一类新的弹性能源转换器正在出现,它能够从各种不同的运动中捕获能量。美国国家可再生能源实验室(NREL)正在推动部署它们,首先是一系列奇怪的、弯曲的波能设计。

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NREL说它的DEEC-Tec(分布式嵌入式能量转换器技术)设计将被放置在水中,让海浪向各个方向变形,并从“几乎所有的物理运动或动态形状变化”中获取电能。

它们不是驱动涡轮机,或结合起来驱动外部发电机,而是使用许多小型、灵活的发电机来建造,每个发电机的作用有点像肌肉纤维,产生自己的输出。

这种类型的发电机使用介电弹性体,它在20世纪90年代末首次出现。根据2020年发表在《先进智能系统》上的一篇评论,这些基本上由一层可变形、有弹性的电介质材料组成,上面涂有电极,形成一个可变电容器。

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它们在未受压状态下的电容最低,任何偏离其原始状态的行为都会增加其电容,无论是拉伸、扭曲、压缩还是在任何方向的弯曲。在变形高峰期,它们通过电极被注入电荷,使它们的电容上升到与未受压状态相同,而弹性对电荷起作用,使它们回到最低电容状态,产生的能量比一开始用于创造电荷的能量要多。

与涡轮式发电机一样,这些东西可以在两个方向上工作,要么从外部提供的变形力中获取能量,要么花费能量作为执行器工作。它们也可以在本质上充当传感器,提供关于它们从正常状态拉伸到什么程度的持续反馈,并在本质上给大脑/电池单元提供信息,从中推断出在给定时间应用多少电量。

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2019年,在苏格兰对空气管末端的橡胶膜形式的介电弹性体发电机进行了测试。它证明了在高波压将空气推到管子里,把橡胶吹得有点像气球时,以及低波压吸住空气柱并把膜拉下来时,都有能力收集能量。

但是NREL的计划走得更远。波浪的作用远不止是向上和向下,它们在几乎所有的方向上产生近乎随机的运动。DEEC-Tec发电机将具有尽可能少的固体结构。它们几乎完全是灵活的,使它们能够在动能到来时收集动能。

一个由数百或数千个微小的弹性发电机组成的摇摆不定的灵活结构,每一个都需要在精确的时刻精确地应用电荷,这当然会很难控制。但是,认为人工智能深度学习系统能够搞清楚,并迅速适应不断变化的条件,也不是没有道理的。

而这些介电弹性体作为传感器、发电机和执行器的性质,将使控制系统具有前所未有的能力,在采取不同形式的优势时,像软体机器人一样重塑结构。

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请注意,电介质弹性体发生器并不是这里的唯一选择;该团队同样乐于将离子电介质弹性体发生器、磁致伸缩发生器和其他可能与特定项目相关的东西结合起来。

这是相当了不起的东西;NREL提出了墙形和蛇形的设计,用于捕获波浪能,以及在一个充满网格状弹性发电机的气球内的重球,它可以从运动以及气球形状的变形中获取惯性能量。该团队说,它最终也可以用于能量收集的衣服,甚至是建筑物或道路。

NREL团队说,这些东西可以用低成本、可持续的材料轻松制造。它们提供了一定程度的冗余,因为即使某个结构中的几个发电机损坏并停止工作,仍有数百个其他发电机在线。总而言之,该团队希望证明这种波浪能发电机是廉价、安全、低维护、可扩展的,并且能够为能源网做出应有的贡献。

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团队表示,这仍然有许多未知数,包括哪些材料、传感器和设计将导致最佳的电力转换效率、耐用性和对海水腐蚀性的抵抗力。

现在还为时过早,但随着一项新专利的获得,NREL的DEEC-Tec团队在高级工程师Blake Boren的带领下,正在推动内部以及与外部合作者和工业界一起发展这一概念。我们很想看看他们会有什么成果。

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