电活化聚合物振动能发电基础理论及关键技术研究

本项目以电活化聚合物(EAPs)作为发电材料进行了研究，EAPs材料具有优异的机电转换特性，与压电、电磁等发电方式相比其特点鲜明，特别在低频、较大应变发电场合更具优势，在微发电技术等领域极具应用前景。本项目在研究EAPs材料原理和特性的基础上，对EAPs材料在振动能量发电领域的应用可行性进行了探索，研究了EAPs的能量转换特性，实现了利用EAPs的振动能发电。具体研究工作包括：①振动发电过程中EAPs性能参数的动态变化规律研究，针对EAPs材料发电特点设计并搭建了EAPs振动发电实验台，通过该实验台测试掌握了EAPs材料电容和位移、速度的关系，张力和位移、速度的关系，电压和振幅、频率的关系等。②经理论分析，结合Neo-Hooken模型建立了EAPs振动发电的机电耦合数学模型，并以性能参数测试数据为基础，结合MATLAB、COMSOL等手段进行了机电模拟仿真分析，验证了数学模型的合理性。③根据EAPs的振动发电特点，设计了多种EAPs发电机的机械结构，研究了基于同步开关能量回收技术的控制策略，建立了恒电场和恒电荷组合循环方式，相较于传统方法，该非线性方法显著提高了机电转换效率。④在机械单元和电控单元设计的基础上，制作了EAPs卷形换能器等多种不同结构的EAPs发电机样机并进行了试验和优化，重点对单轴、纯剪切与双轴等三种拉伸模式进行了对比，发现双轴拉伸模式产生的能量和效率更高。本项目为振动能发电、特别是微发电技术的研究提供了一种新思路，在MEMS等领域具有广阔的应用前景。本项目的研究有利于推动和促进我国对EAPs材料及振动能量回收相关技术的研究，对获得具有我国自主知识产权的EAPs相关研究具有重要意义。 2100433B

电活化聚合物(EAPs) 作为发电材料具有优异的机电转换特性，与压电、电磁等发电方式相比其特点鲜明，特别在低频、较大应变发电场合更具优势，在微发电技术等领域极具应用前景。本项目将对EAPs振动能发电的关键问题进行深入研究，从而获得其基础理论、方法及关键技术。主要研究内容包括：①振动发电过程中EAPs性能参数的动态变化规律研究，通过测试掌握EAPs电容、介电常数、杨氏模量等常规参数随振动激励变化的动态特性并获得最大电场、最大应力和应变、最大频率宽带等失效边界条件；②经理论分析,并以性能参数测试数据为基础,结合ABAQUS、LT-Spice等手段进行机电模拟仿真分析，建立EAPs振动能发电的机电耦合模型；③系统的机电结构设计及优化，以及基于同步开关能量回收技术的控制策略和发电转换效率优化研究；④样机制作与试验，实现系统结构/参数的优化、能量回收及控制方案优选、效率分析方法和评价指标建立。

如何实现网络的高效节能，是目前互联网研究中受到极大关注的前沿问题。本项目围绕IP协议体系架构，对绿色节能互联网的基础理论模型及关键技术展开研究。主要工作包括：根据器件设备内在能耗规律，提出基于遗传算法的最小中值二乘法和模糊神经网络的能耗建模方法，保证能耗模型的精度与灵敏度；为全面反映绿色节能互联网综合性能，在定义网络能耗评价指标参数的基础上，提出基于多属性决策的评价模型设计方法；为应对IP协议收敛速度慢、节能操作滞后效应明显的问题，提出基于先应思想以线下方式预置多张节能拓扑，以线上方式作拓扑切换和拥塞处理；挖掘节能技术内涵，将其与网络生存性技术结合，提出纯IP方式下的节能无环替代路算法和MPLS方式下的TE-Tunnel保护资源绿色共享算法，使生存性技术兼顾节能要求；对上述研究成果进行集成，构建统一高效的绿色节能互联网体系架构。鉴于现有文献中尚无相关研究思路，因此本项研究属创新研究。

研究院通过机制创新，树立了产学研合作的新典范，并不断取得研发工作的新成果。先后承担了：1）科技部“十一·五”国家科技支撑计划课题“大型垃圾焚烧发电技术和二次污染控制集成与关键装备研究”；2）重庆市科委重大科技攻关项目“垃圾焚烧发电关键技术研究及产业化”；3）重庆市经济委员会2006年度重庆市引进消化吸收再创新重大项目计划“生活垃圾焚烧发电技术及装备研究”；4）重庆市科委科技攻关重点项目“垃圾焚烧发电厂高速离心式雾化器研究与开发”；5）重庆市科委科技攻关重点项目“垃圾焚烧炉液压控制系统”；6）科技部2007年国家火炬计划项目“大型机械炉排式垃圾焚烧炉成套设备”；7）教育部“春晖计划”资助项目“城市污泥与生活垃圾混合焚烧发电技术及关键装备研究”、“垃圾焚烧二次污染检测与处理技术”；8）科技部国际合作项目“城市生活垃圾气化燃烧技术；9）国家社科基金项目《我国循环经济扶持政策的整合问题研究---以支持垃圾焚烧发电产业发展的公共政策为例》；10）国家自然科学基金项目《中国城市生活垃圾在机械炉排上输送动力学行为研究》；11）重庆市科技攻关计划项目《机械炉排式生活垃圾气化关键技术研究及示范》。

成果推广应用方面，研制的 “生活垃圾焚烧发电液压系统”、烟气净化高速离心式雾化器等技术在国内部份垃圾发电厂得到推广，世界首座6T/D机械炉排式垃圾焚烧中试基地和与企业合作研发的具有自主知识产权的350T/d垃圾焚烧发电厂成套装备投入应用。研究院共获得发明专利17项、实用新型专利39项，获得重庆市科技进步奖3项，参与制定《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》国家标准（GB18750-2002）， “大型机械炉排式生活垃圾焚烧炉关链技术及装备”获“重庆市十大节能减排先进实用技术”称号，由于骄人的成被评为2008年“全国工人先锋号”称号。