上海交大学生节能创意神奇飞轮让能量垃圾重生

　　在生活中，我们经常会产生各种各样的生活垃圾，但是你听说过能量垃圾吗？其实在我们身边，到处都有能量垃圾。所谓能量垃圾是指那些非连续性的、零散的能量，它既难以被收集储存，又难以被人们利用，因此通常被称为垃圾能。如人体运动所产生的能量、踩踏自行车产生的能量、开关门窗产生的能量，甚至是风力发电、水流涡轮发电等发出的间断、杂乱的能量。

　　有没有一种设备，可以将这些能量垃圾化零为整、变废为宝，进行二次利用？上海交大机械与动力工程学院大一学生曹家骏和其他三位大一同学组成团队，发明了一种神奇的飞轮，让这些能量垃圾获得重生。

　　虽然是大一学生，但曹家骏可是一个小发明专业户。他毕业于上海交大附属中学，在高中就曾历时两年完成课题《环形电磁驱动技术研究和模型设计》，获得第26届全国青少年科技创新大赛一等奖，课题被中国科协选拔参加第63届国际科学与工程大奖赛。后被保送到上海交大，成为交大首届科技创新班成员。进入大学后，他的科研兴趣更是被激发出来，参与了很多科技创新项目。

　　专拾能量垃圾

　　在日常生活中，真正被人类利用的能量只占能量总量的很小一部分，而大部分能量都浪费了。曹家骏举了几个简单的例子：风力发电时，当风力不足时，产生的电能就会断断续续，电压也不稳定，输出的这部分能量也是被浪费的。潮汐发电、温差发电同样如此。再如我们用脚踩地面，地面会产生微震动，震动就会产生机械能；我们骑自行车，行进过程中产生了动能；我们开门关门的时候，门的开关同样会产生机械能，那么这部分能量能被收集储存起来吗？

　　曹家骏科创团队发明的飞轮，就有这样的本事专拾能量垃圾。曹家骏告诉记者，他们所研制的飞轮装置，是用一个六线圈的磁阻电机或棘轮，分别将电能、机械能输入到磁悬浮飞轮中，能量就能储存在飞轮中，也可通过无极变速器输出给直流发电机以输出不同的电压。概括起来，就是利用机械能为中介，代替电子电路，让能量在飞轮中进行暂态储存，进行能量的收集、处理和储存，待能量积聚至足够大时，再加以利用。

　　曹家骏介绍，神奇飞轮主要有两项关键技术，一是磁阻电机和棘轮。磁阻电机是根据系统特殊要求设计的一种新型电机，它能将在一个较大范围内波动的直流或交流电电压转换为动能储存在飞轮内。棘轮就是将零散的机械能转换为动能储存在飞轮内。另一项技术是立式永磁磁悬浮阵列。它将飞轮的重力用磁力抵消，轴向的力由玻璃板顶升，磁悬浮装置简单可靠，不需要维持磁悬浮的能量，对能量的损耗小。4个磁悬浮装置组成阵列，让飞轮浮在中间，不停地转动，能量垃圾也被储存到转动的飞轮中。

　　将能量垃圾变废为宝

　　有人会说，储存能量，我们平常用的充电电池一样也能做到。殊不知，小小飞轮有着蓄电池做不到的神奇。曹家骏介绍，飞轮对于充能时间没有任何限制，可以随时中断充能，也可以无限制地反复充能放能，同时还可以根据飞轮的转速，精确地知道飞轮存储了多少能量。

　　曹家骏介绍，目前，收集储存这些垃圾电能的方式是用电子电路整流滤波后，存入蓄电池当中。但蓄电池的主要瓶颈在于它对储能要求较高，尤其是对电流的持续时间要求特别高，要求充电电流持续相当长的一段时间。

　　以风力发电为例，一天当中，有的时候有风，有的时候无风，因此风力发出的电能会间隔相当长的一段时间，所以这些电能非常难以收集处理。同时，风小的时候，发出的电能是很小的，风速不同，导致发电的电压也不相同。为了一种发电装置，而配备一套电子整流电路和蓄电池非常得不偿失，所以对这些电能的利用几乎是处于停滞状态。

　　神奇飞轮则完全克服了整流电路和蓄电池的短板。它来者不拒，无论是机械能还是电能，无论电流多少，也无论电压多高，它像能量银行一样，源源不断地储存在飞轮中，而且储存能量的多少可以根据飞轮的转速精确地显示。更神奇的是，它能实现零存整取，当能量垃圾积聚到一定程度，就能变废为宝，作为整块能源来加以利用。

　　专家：节能创意比飞轮神奇

　　目前神奇飞轮已制作出样机。虽然还是大一新生，但曹家骏团队对飞轮的未来应用充满信心。按照他的设想，神奇飞轮可应用于有较大人流量的场所，如商场、车站、办公楼等。

　　以大型商场举例：将神奇飞轮系统安装于配电间，然后在其输入端布下一张能源垃圾收集网，待能量积聚足够多时，在其输出端，通过发电机，可以直接输出电流，有效补给整个商场的供电所需，大大节省用电成本。

　　以车站为例，如果把整个车站走廊，铺一层特殊的地板，将地板与飞轮系统连接在一起，将大量人群踩踏地板所产生的机械能转换为动能，储存于转动的飞轮中。可以设想，这将形成一个强大的、无污染的能源库。

　　上海交大机械与动力工程学院王如竹教授评价说，曹家骏团队均为大一学生，研制的成果可以将分类的垃圾电转化为稳定的机械能储存，可实现稳定的供能或供电，成功示范了各类垃圾电的收集和品质提升，适用于可再生能源以及各类发电技术的品质优化，值得强烈推荐。

　　上海交大电子信息与电气工程学院唐厚君教授表示，该成果通过电机磁悬浮飞轮发电机这一机电系统，可较好地解决了微弱、不连续能量的利用问题。

　　该成果有望解决不稳定发电时的电能收集和储存问题，有实际意义，上海交大工程训练中心吕恬生教授表示，其对各种清洁能源的有效利用将提供有力支持。