化石能源

.1. 整体煤气化联合循环

方法描述：将煤气化产生的合成气净化后，先驱动燃气轮机发电，再利用余热产生蒸汽驱动蒸汽轮机发电，形成联合循环。【1】

2. 磁流体发电：

使高温电离的燃气（等离子体）高速通过强磁场，直接产生电能。之后的高温废气还可用于常规发电，形成联合循环。【2】

3. .碳捕集、利用与封存

方法描述： 这不是独立的利用方法，而是与上述发电/化工过程结合的“末端治理”技术。捕集煤利用过程中产生的CO₂，将其封存于地下或作为资源再利用。

转化效率： CCS会带来巨大的能量惩罚，使电厂效率下降7-12个百分点。例如，一个45%效率的IGCC电站加装CCS后，效率可能降至~35-38%。

创新性：化学链燃烧： 使用金属氧化物作为氧载体，在反应中自然分离CO₂，大幅降低捕集能耗。目前处于中试阶段。【3】

4. .煤的温和转化与高端材料化利用

方法描述： 不追求将煤完全燃烧或气化，而是通过相对温和的条件（如热解、萃取）将其解聚，获取高价值的芳香族化学品和碳材料（如碳纤维、石墨烯、电极材料）。这是“颠覆性”的思路，将煤视为一种复杂的有机分子矿石而非简单燃料，实现其价值最大化。【4】

核能

• · 1. 第四代先进反应堆与小堆技术

小型模块化反应堆（SMRs）：相较于大型核电机组，SMRs具有建造周期短、厂址适应性更强、初始投资灵活等特点。它们更易于实现分布式供电，为特定园区、岛屿或城市供热等场景提供能源，甚至可为数据中心提供可靠电力。【5】

• · 2. 地下、水下模块化反应堆

采用基于高温超导磁体的紧凑型聚变-裂变混合堆（如MIT的ARC设计理念）或“核电瓶”形式的便携式反应堆。多个功率为1-10兆瓦的微型堆被安全地嵌入地下岩层或部署在近海海底，通过无线能量传输或超导电缆供电。为分布式、网络化的“能源节点”。【6】

• · 3. 核素编程与嬗变技术(解决核废料难题）

通过先进加速器驱动系统（ADS）或特定能谱的中子轰击，将长寿命核废料甚至其他元素直接嬗变为可裂变燃料或稳定同位素，核燃料循环是近乎闭合的，初始投入的核燃料（如钍-232或贫铀）在运行过程中，产生的长寿命放射性废物被实时“转化”为新的燃料。【7】

• · 4. 热电联产与多联产

高温制氢：第四代核能系统中的高温气冷堆（HTGR），其出口温度可达950°C，利用这种温度能通过热化学制氢（如硫碘循环）大规模生产氢气；工业供汽与供暖：核能已能直接为工业园区提供稳定、清洁的工业蒸汽（中国的"和气一号"项目，通过多重安全措施确保无放射性风险，将248°C的高温蒸汽输送至23公里外的石化基地。此举有效替代了化石能源，减少了碳排放。在冬季，核电站产生的余热也可用于区域供暖。）【8】

风能

• · 1. 智能偏航系统

将风能利用率提升至98%以上。使风轮在有效风力范围内始终正对着风向，提出了深度迁移学习神经网络控制策略，设计了深度迁移学习偏航控制器，达到稳定性好、精度高的目的。【9】

• · 2. 微观选址技术

 能通过精准分析风资源，找到最佳机位。基于尾流损失与距离相对关系，采用线性拟合确定风场间最佳距离的风电场规划新方法，将分扇区设计计算的优化方法引入到风电场规划中，使风电场的规划更加精细化。在对气候、风力发电机组尾流成因充分研究的基础上，以对角线平行于主导风向的“回”字形阵列作为基础阵列进行优化，优化后的微观选址方案发电量更高，尾流更小，风力发电机组间的影响更小。【10】

• · 3. 叶片仿生结构应用

受座头鲸鳍肢启发的前缘结节结构被证明能有效提升性能。研究显示，在叶片特定区域（如50%半径至叶尖）设计前缘结节，可以在高叶尖速比下通过产生纵向涡流，抑制气流分离，促进流动再附着。一项针对小型风力机的研究表明，最优结节构型能将功率系数（Cp）提升高达37.5%【11】

• · 4. 高叶尖速比与拓宽高效区间

新型设计理念致力于构造高叶尖速比的Cp-λ曲线，旨在大幅提升最优叶尖速比（λopt），从而整体拓宽风能高效捕获的运行区间。这通常需要结合高模量、低密度的碳纤维材料和先进的叶片结构优化设计来实现【12】

• · 5. 智能控制与实时寻优

采用模糊自适应PID控制器等算法，可以根据系统实时状态动态调整控制参数，提高桨距角的控制精度和响应速度，实验证实此类方法能有效提升输出功率，使输出功率提高了2.3%。通过在变桨控制中引入微分项滤波和参数自动整定，优化了变桨速度的控制，提升了跟踪精度与系统稳定性。【13】

• · 6. 全生命周期健康管理

基于全风场数据驱动的故障检测模型，利用线性回归等算法建立关键部件的正常行为模型。通过分析实时数据与模型的残差，可以实现跨制造商、跨技术的早期故障检测，这种方法兼具良好的可解释性和工业部署的便利性。这有助于避免因部件性能退化导致的Cp值下降，实现从预防性维护到预测性维护的转变。【14】

• · 7. 立体粒子图像测速技术

 两个微型反向旋转风力涡轮机协同工作时，发电量较单台涡轮机提升37%，适用于径小于 200 毫米的微型风力涡轮机。【15】

• · 8. .漂浮式风浪混合发电系统

实现海上风电与波浪能的混合发电技术，可共用一个半潜浮式平台及输电系统，风能发电装置采用水平轴风力发电机，波浪能发电装置采用一种倒圆台的振荡浮子。【16】

• · 9. 非线性驰振驱动的摩擦电-电磁混合发电机（NG-TEHG）

结合摩擦发电与电磁发电，在宽风速范围（2.29–7.80 m/s）内稳定工作，适用于为物联网传感器等微功率设备供能【17】

• · 10.  垂直轴风力涡轮机主动直径调制技术

 通过主动调节垂直轴风力涡轮机（VAWT）的转子直径，使其在不同风速下保持高效，功率系数提升34%-68%【18】

波浪能

• · 1. 摩擦纳米发电机（TENG）

它利用麦克斯韦位移电流作为内部驱动力，能够高效地将不规则的环境机械能转化为电能，特别适用于不规则海浪能量的有效转换。TENGs的能量收集效率可以通过多种方式改进，包括物理表面改性、化学表面改性、电荷捕获层引入、开关实现、电荷激发、电荷泵送、非接触模式以及力转换等。在实验室研究中，TENGs通过接触-分离、接触-滑动和自由站立等工作模式，结合单电极或双电极配置，已能有效地将波浪能转化为电能。在实验室理想条件下（可控的、低频的机械运动），TENG的峰值效率可以非常高，早期研究曾报告超过50%，甚至85%以上的超高效率。当TENG设备放入真实、随机、高频的海洋环境中时，其整体系统效率（波浪能到电能）通常要低得多，普遍认为在1%至10%的范围内，具体高度依赖于设计。【19】【20】

其优势有：

1）对低频能量的高响应性：海洋波浪的主要能量集中在低频（0.1~2 Hz）。传统电磁发电机在低频下效率极低，而TENG的固有特性使其在低频激励下反而能产生相对较高的电压和可观的功率。这是TENG最核心的优势。

2）结构灵活、多样且成本低：TENG可以制成薄膜、球体、网格等多种形态，能轻松嵌入浮标、救生衣、网箱等海洋设施中，实现大面积、分布式的“寄生式”能量收集。这是大型刚性波浪能装置无法做到的。

3）高输出电压和功率密度：TENG能产生极高的电压（可达千伏量级），易于实现能量收集。在针对微小型传感器供电的特定应用场景下，其功率密度可能足够高。

4）作为混合系统的一部分：目前一个非常重要的趋势是构建TENG-EMG（电磁发电机）混合纳米电机。TENG负责收集低频、小幅度的波浪运动，而EMG负责收集高频、大幅度的运动。两者互补，可以拓宽能量收集的波段，从而提升整个系统的综合能量捕获能力。

• · 2. 振荡水柱（OWC）型波浪能转换装置

振荡水柱（OWC）【21】是一种常见的波浪能转换技术，通过海浪在腔体内的运动压缩空气驱动涡轮机发电。研究人员正通过数值模拟和实验研究优化OWC设备的几何形状，以提高其水动力性能和能量转换效率。例如，双腔OWC设备的几何参数对能量转换效率有显著影响，其水动力特性正在被深入研究。

史莱姆

史莱姆的能量来源主要是太阳能和吞进去的东西中含有的部分化学能

• · 一、太阳能（与绿叶海天牛的利用太阳能和叶绿体的方式相同）

（1）叶绿体的摄取过程：从摄食到整合

叶绿体的摄取是一个多步骤的、高度特异性的过程，并非简单的消化残留。

1. 选择性摄食：

海天牛专门啃食其宿主藻类Vaucheria litorea的丝状体。这种行为确保了其获取到“正确”的叶绿体。

2. 在消化管中的初步处理：

藻类细胞被摄入后，进入海天牛高度分支的消化管。此时，大部分藻类细胞质和细胞器（如细胞核、线粒体等）会被海天牛的消化酶分解。

3. 特异性识别与吞噬：

<1>关键步骤： 海天牛的消化道上皮细胞（特别是其巨大的分支消化管末端的细胞）能够特异性识别叶绿体。

<2>细胞机制： 这种识别可能涉及细胞表面的受体与叶绿体外膜上的特定蛋白或脂质的相互作用。一旦被识别，海天牛的细胞会通过吞噬作用 主动地将完整的叶绿体内吞到细胞质中。

<3>选择性： 这是一个高度选择性的过程。只有功能完整、结构健全的叶绿体才会被保留和整合，而受损或无功能的叶绿体则会被消化掉。

4. 内化与稳定：

被吞噬的叶绿体被包裹在吞噬小体 中。随后，吞噬小体与细胞内的溶酶体 融合。通常情况下，溶酶体会将其内容物降解。然而，在海天牛细胞中，发生了一个关键转变：溶酶体抑制了其水解活性，不对叶绿体进行降解。于是，叶绿体得以存活在由宿主细胞膜包裹的液泡 中，稳定地存在于细胞质内。

2、叶绿体的利用与维持：超越“窃取”的共生关系

仅仅摄取叶绿体并不足以让它们长期工作。叶绿体是一个半自主性细胞器，其功能的长期维持依赖于核基因组与叶绿体基因组的协同作用。这是绿叶海天牛最令人惊奇的生物学奥秘。

1. 光合作用的直接产物：

被整合的叶绿体在光照下能够正常进行光合作用的光反应和部分暗反应。

<1>光反应： 产生ATP和NADPH。

<2>卡尔文循环： 固定二氧化碳，合成磷酸丙糖（如3-磷酸甘油醛）。

这些光合产物（主要是糖类和脂类）会从叶绿体转运到海天牛的细胞质中，直接被其代谢利用，作为其能量和碳源。

2. 长期维持的分子基础：叶绿体蛋白的周转

叶绿体中的蛋白质会不断降解，需要持续合成新的蛋白质以维持其结构和功能。然而，叶绿体自身的基因组仅编码大约10%的必需蛋白（主要是光系统核心组分、Rubisco大亚基等），其余约90%的蛋白（包括DNA聚合酶、RNA聚合酶、核糖体蛋白以及光系统组装因子等）是由藻类细胞核基因组编码，在细胞质中合成后，再转运进入叶绿体的。

海天牛如何解决这个“核基因依赖”问题？目前的主流假说是“水平基因转移”。

<1>水平基因转移假说：

证据： 研究发现，绿叶海天牛的基因组中整合了来自其食用的藻类（Vaucheria litorea）的核基因。这些基因并非海天牛祖先遗传而来，而是在进化过程中从藻类水平转移到了海天牛的生殖细胞中，并遗传给后代。

关键基因： 这些被转移的基因包括一些对叶绿体功能至关重要的基因，例如：

psbO： 编码光系统II的放氧复合物蛋白。

 与叶绿素合成相关的基因。

与叶绿体蛋白转运和修复相关的基因。

作用机制： 海天牛细胞核可以转录这些“藻源”基因，在自身的细胞质核糖体上合成相应的蛋白质。然后，这些蛋白质通过一个尚未完全阐明的机制，被特异性靶向并运输到其所“窃取”的叶绿体中，从而补充和更新叶绿体的蛋白质组分，维持其长期（可达10个月）的功能活性。

3. 光保护与物质交换：

<1>形态适应： 海天牛身体扁平、分支广泛的消化管网极大地增加了受光面积，并使其体色呈绿色，有利于光能的捕获。

<2>物质交换： 海天牛细胞需要为叶绿体提供光合作用所需的底物，如CO₂和水，并移除产生的氧气。同时，细胞可能还具备一定的光保护机制，防止叶绿体在强光下受损。

二、化学能

（1）吞进去的物质中的能量

（2）用海洋中的海藻专门喂养史莱姆