28 July 2009

中大發明再生能源收集電路提升儲電效率
獲國際會議最佳論文獎 (Chinese Version Only)



能源短缺及全球暖化的問題日益受到國際關注,世界各國都紛紛開發再生能源以代替石油及煤等傳統能源。香港中文大學(中大)機械與自動化工程學系廖維新教授及其博士研究生梁俊睿,研究如何將日常環境中的振動能量轉化為電能,並加以收集儲存,成功設計出一種能提升儲電效率的收集電路,獲電機及電子工程師學會(IEEE)訊息與自動化國際會議(ICIA)本年度的「最佳論文獎(自動化)」,論文題目為「應用於壓電振動能量收集的改良自供電開關介面電路」。

振動能為再生能源的一種,遍布日常生活環境中,例如汽車及火車行駛時的顛簸、車流經過公路及橋樑時所引起的輕微振動,甚至人在走路時的動態,都可產生振動能量,而壓電材料(如石英、壓電陶瓷等)則可收集這些環境中的振動能量。當壓電材料因振動而受拉或受壓時,部分振動機械能量就會轉化成電能,並可儲存在收集器內。可惜,過往的收集器甚少干預能量的轉換過程,只進行直接收集,結果所收集得的電能並不多。中大嶄新設計的收集電路,利用電子開關操控能量轉換,令收集所得的電能比過往高出百分之五十。這項設計的另一特色,是其用於操控能量轉換的電子開關毋須由外來電力啟動及控制,就能自行因應振動情況而作出相應操作,故整個系統既可完全獨立運作,又可收集更多振動能量。

這項突破性技術的用途廣泛,且只要有人為或天然的振動,就能自行操作,其中一項重要的應用領域是為汽車輪軚的壓力感應器供電。由於汽車行駛時所產生的振動能為感應器提供電力,故使用者毋須為感應器更換電池,省卻複雜的裝卸工作。此外,這項發明亦可應用在高速公路及大橋上的無線感應器網絡上。以青馬大橋為例,現時共有九百多個感應器分布於大橋的不同位置,以監察其溫度、壓力及所承受的風速等。每當監察到異常情況,感應器就會以無線電發出訊號。但這些感應器需要定期更換電池,過程既繁複又費時。若整個無線感應器網絡換上能自行發電的感應器,就可以減省更換電池的工序,大大提升經濟效益。

廖教授於一九九七年加入中大機械與自動化工程學系任教,並成立智能材料與結構實驗室,研究項目有智能結構、振動控制和能量收集技術。他深信,有意義和富趣味的研究,須既具備創新意念,又能應用於實際,並期望未來能進一步提升收集振動能量的效率,將研究成果應用於更多不同的領域上,減低傳統能源的消耗。

中大工程學院廖維新教授(右)及梁俊睿先生設計的振動能量收集電路獲國際會議ICIA最佳論文獎
中大工程學院廖維新教授(右)及梁俊睿先生設計的振動能量收集電路獲國際會議ICIA最佳論文獎

中大工程學院設計的振動能量收集電路可大大提升儲電量
中大工程學院設計的振動能量收集電路可大大提升儲電量