海洋，这片覆盖地球71%面积的蓝色疆域，蕴藏着人类未来能源的无限可能。
在9月9日举行的“新天工开物——科技成就发布会”能源技术专场上，北京纳米能源与系统研究所团队带来的“海洋蓝色能源技术开发与产业应用”项目，向公众展示了相关技术的最新突破性成果。
北京纳米能源与系统研究所所长、首席科学家王中林院士原创发明的摩擦纳米发电机（TENG）技术，为破解低频、不规则波浪能高效收集的世界难题提供了中国方案。
中国工程院院士张建民在推介中强调：“该技术不仅响应国家‘双碳’战略，更将重塑海洋能源格局，为全球可持续发展注入新动能。”
从“摩擦起电”到“蓝色能源”：一场跨越2600年的科学接力
摩擦起电，这一人类最早认识的电学现象，如今正被赋予全新的时代意义。
人类发现摩擦起电的历史可以追溯到2600年前，古希腊哲学家泰勒斯在公元前600年左右就观察到琥珀摩擦后能吸引轻小物体的现象。
然而，将摩擦起电转化为实用发电技术，却是一条漫长而艰辛的探索之路。这一路上布满荆棘，但全世界的科学家们从未放弃，他们不断寻求将微小摩擦电荷高效收集与转换的方法。2012年，王中林院士带领团队发明了摩擦纳米发电机，终于实现了从0到1的突破。
“当我们的团队首次在国际期刊上发表关于摩擦纳米发电机的论文时，曾遭遇多次拒稿，最终只能发表在团队自己创办的《Nano Energy》创刊号上。”项目首席科学家王中林院士介绍道。
如今，这篇开创性论文已被引用超过6500次，成为该领域的奠基之作，打破了“只有电磁感应效应才能将机械能转化为电能”的传统认知，开辟出一条全新的能量收集路径。
从实验室到远海深蓝：开启海洋蓝色能源的创新长征
与传统的电磁发电机相比，TENG展现出独特的性能优势：它能在低频、微幅、弱力的条件下高效工作，完美契合海洋波浪能量密度低、频率低的特点。
2014年，王中林院士在国际上首次提出“蓝色能源”概念：利用成千上万个TENG单元组成发电网络，理论预测每平方公里海域可产生兆瓦级功率。
历经十余年的精心研究开发，团队将TENG装置的输出峰值功率密度从最初的几瓦每立方米提升到114.8瓦每立方米。这一数字背后，是无数次的结构优化、材料改进和工艺创新。
研究团队历经上千个日夜的苦战，通过不断改进TENG的结构设计、优化材料组合、提升能量转换效率，终于实现了从原理到样机，从实验室小试走向海试的跨越。
在研发过程中，团队曾面临巨大的技术挑战。海洋环境复杂多变，波浪能密度低、波高低，对发电装置的稳定性、耐久性提出了极高要求。为解决这一问题，团队创造性地设计了多种TENG结构，包括球壳结构、钟摆结构、振荡水柱结构等，最终确定了最适合海洋环境的结构方案。
“我们对当时的多项实验结果进行分析后发现，当具备一种特殊的结构时，TENG展示出显著提升的综合性能。”王中林院士回忆道。这种“特殊结构”的发现，也为TENG装置走出实验室走进真实海洋奠定了关键基础。
从“实验样机”到“海试运行”：产业化破冰之旅
科技成果从实验室走向产业化，往往面临“最后一公里”的挑战，王中林院士与TENG团队自然也不会例外。
王中林院士团队首先聚焦在海洋物联网供电的应用场景上，研制出了面向海洋物联网供能的TENG集成样机。在产业化推进过程中，团队与交通运输部东海航海保障中心温州航标处、山东省海洋仪器仪表科技中心有限公司等单位建立了紧密合作关系，共同推动相关装置的海试应用。
2023年1月，团队研制的第一代集成TENG样机在温州洞头海域开始海试；同年8月，第二代样机海试。两代集成TENG样机的海试，实现了航标灯的自驱动。样机在海上运行近一年后，依然完好，能够继续发电。
2023年10月，团队在青岛蓝谷1号试验场进行海试，将TENG装置安装到浮标的浮筒里，对TENG的发电性能进行评估，并对浮标的姿态进行监测。2024年1月，16个基于TENG的海洋环境监测浮标组成的网络在青岛市即墨区田横岛开始海上示范运行，用无人机拍摄的浮标在海面上的状态显示，系统运行稳定。
2025年6月，发电部分体积达1立方米的TENG海洋浮标样机在大连海域初试成功——这是目前国内外最大的波浪能摩擦纳米发电装置。
这些产业化尝试，印证了TENG技术在海洋物联网供电、海洋环境监测等领域的巨大潜力。TENG技术具有高效率、零碳排放、全天候能量收集、成本低等优势，其装置结构简单，制作材料均为大规模工业化原料，成本低，为广泛应用提供有利条件。
“它为低频波浪能收集提供了一种高效的技术路径，有望以此为基础构建新时代的智慧海洋物联网，高效利用海洋能源、生物、矿场等稀缺资源，以及全方位获取辐射、污染、洋流和海疆安全等重要信息。”张建民院士对该技术的未来应用评价道。
蓝色能源的未来：多能互补与零碳愿景
全球波浪能理论储量达20-30太瓦，而当前人类文明总能耗仅约17太瓦。在国家“双碳”战略目标引领下，海洋蓝色能源技术将发挥越来越重要的作用。蓝色能源技术的规模化应用，将为缓解世界所面临的能源短缺、温室效应和环境污染等问题提供重要解决方案。
“随着海洋蓝色能源技术的日渐成熟，海洋能有望替代部分常规能源，”王中林院士表示，“这不仅将为‘碳达峰、碳中和’目标提供新的技术范式，还将带来世界能源格局的巨大变化。”
面向未来，TENG技术可与电磁发电机结合，构建复合发电系统；也能与海上风电、光伏形成多能互补的能源供给平台。在海洋装备供电、海岛供电、海洋牧场、智慧海上交通管理等领域，这项中国原创技术正描绘出一幅海洋“零碳”发电的壮丽图景。
在海洋物联网应用场景方面，团队研制的高性能蓝色能源“发电-管理-储能”集成装置，可给海洋物联网节点稳定供能，进行海洋环境的立体化监测。
在海洋牧场方面，TENG技术可为海洋牧场设备提供持续稳定的电力供应，支持智能监测和管理，提高海洋牧场的生产效率和可持续性。
在智慧海上交通管理方面，TENG技术可以为海上交通监测设备提供能源，提升海上交通安全性和效率。
随着技术的不断成熟和应用的不断拓展，这项中国原创的能源革命性技术，必将为全球能源转型和可持续发展贡献中国智慧和中国方案。
从实验室的灵光一现，到远海的成功实践；从单一样机的突破，到组网系统的构建——这项源自中国的原创技术，正在全球能源变革的浪潮中，书写着属于新时代的“天工开物”。以王中林院士团队为代表的能源领域科研工作者，正以创新为笔，以海洋为卷，绘制着人类可持续能源的未来蓝图。
责任编辑：张兆都
