发电技术论文提纲

2022-11-15

论文题目：基于摩擦纳米发电技术的点吸收式波浪能发电装置研究

摘要：随着传统化石能源的过度开采与日益短缺,绿色可再生能源的开发利用越来越受到人们的关注,太阳能、地热能、风能、生物质能、波浪能等可再生能源已成为各国能源优先发展的领域。其中,波浪能因清洁无污染、分布广泛、不受光照温差限制等优势已进入快速发展通道。目前的波浪能发电仍以液压传动配合电磁发电机为主,这往往导致机构庞大、造价昂贵、安装困难。本论文引入了近期发展的摩擦纳米发电技术,寻求波浪能发电装置的小型化与廉价化,为波浪能发电装置的实用化应用开拓新途径。摩擦纳米发电机是一种基于摩擦起电与感应起电原理的新型发电模式,由于两种材料吸引电子能力的不同,当两者相互摩擦时会在表面产生摩擦电荷,带电物质的周期性运动会使两电极感应出周期性变化的电势差,驱动电子在外电路中移动。本论文研制了两种基于摩擦纳米发电机的点吸收式波浪能发电装置,并对它们的性能分别进行了研究,为未来将摩擦纳米发电技术应用于波浪能领域提供参考。本文主要研究内容如下:1、设计并研制了一套基于多光栅摩擦纳米发电机的点吸收式波浪能发电装置。分析了多光栅摩擦纳米发电机的工作原理,推导了多光栅结构的摩擦纳米发电机的开路电压、短路电流等的理论计算公式。通过有限元仿真软件COMSOL,探究了光栅数目对于此结构摩擦纳米发电机的性能影响。以PCB电路板、铜与聚酰亚胺薄膜（Kapton）为材料,使用电路印刷技术制作了多光栅摩擦纳米发电板。测试了其在低频驱动下的输出性能,其开路电压峰峰值可高达140 V。组装后的基于多光栅摩擦纳米发电机的点吸收式波浪能发电装置能在2 s周期8 cm波高的小幅波况中产生4.2 mW/m2的功率密度输出。为未来波浪能发电装置的小型化提供理论支撑和实验依据。2、设计并研制了一套基于振动式摩擦纳米发电机的点吸收式波浪能发电装置。分析了振动式摩擦纳米发电机的工作原理,推导了振动式结构的摩擦纳米发电机的开路电压、短路电流等的理论计算公式。使用有限元仿真软件COMSOL形象的展现了振子振动对于摩擦纳米发电机两极电势的影响。以铝箔、聚氯乙烯（PCV）超透膜和abs珠子等廉价材料构建了振动式摩擦纳米发电机,并从材质、数量和尺寸三个角度对其进行了性能的优化。优化后的振动式摩擦纳米发电机,其能生成约96 V的开路电压、4 μA的整流电流以及输出160 μW的峰值功率,可点亮68盏LED灯,在人造小波中可有效为电容充电。综上所述,本研究为摩擦纳米发电技术应用于波浪能收集提供了两种很有前途的解决方案。

关键词：波浪能发电;点吸收式;摩擦纳米发电机;多光栅;振动式

学科专业：船舶与海洋工程

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 背景与意义

1.1.1 能源危机与可再生能源

1.1.2 波浪能开发利用现状

1.2 研究目的与内容

2 摩擦纳米发电机简介

2.1 摩擦纳米发电机的发电原理