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一幢楼影响一个产业,地标“马蹄莲”开出能源之花
日期:2020-07-31 10:32

光谷东,武汉未来科技城。

7月漫长的梅雨季,让地标“马蹄莲”饮饱了雨水。顺着花盘,雨淅沥而下,进入中水回用系统。放晴的日子,太阳能光伏板铺就的巨大花盘,又迎着风和阳光熠熠生辉。

一花五叶一蓓蕾,日月星辰浇灌之。


自2014年建成投用,这朵令人叹为观止的“新能源之花”,在四季轮回间,不断释放着它蓬勃的创新生命力——128米高的办公大楼,电、光、水、热等一切能耗,都与每天洒向大地的阳光、天空落下的雨水、湖畔吹过的清风密不可分。

但,作为光谷的象征,“马蹄莲”的秘密和能量远不止于此。在“花朵”内部,武汉新能源研究院所在地,50家在孵高科技企业和团队,每天都在为能源而战。一个个或将改写未来能源格局的创新,正在发生。

年发电30万度,节水4800吨超级建筑“马蹄莲”的秘密

7月28日,走进“马蹄莲”大楼的能源管理系统控制中心,巨大的屏幕上,围绕“马蹄莲”的建模图,各项能耗数据不停闪烁。一幢楼,动用的先进节能环保技术达11项。

“大楼顶部花盘3000平方米的太阳能光伏系统,每年能发电约30万度,占整个大楼年能耗的25%。”武汉新能源研究院院长杨凯介绍,这相当于大楼公共照明的用电量,每年因此减排的二氧化碳超过250吨。

作为国内最大的绿色仿生建筑,灵感源于自然的“马蹄莲”,设计处处藏有玄机。面向太阳的花盘角度,是经过精心设计的20°倾斜角,以最大程度吸收太阳能。花盘上的“花蕊”,是一个垂直轴风力发电机。发电效率,一时“风光”无两。

为其操刀的荷兰设计师沃特·罗曼斯在阐述设计理念时说,巨大的大坡面花盘,不仅仅是为了光伏发电,也希望尽可能多地储存雨水进行重新利用,比如浇灌植物。由于武汉夏季高温可达40℃,独特的花盘设计,还能充当大楼的“太阳帽”,为大楼遮荫,减少能源消耗。

雨水在顶楼的屋顶花园集中收集处理后,可用于大楼卫生间保洁、消防、植物灌溉等用水。据测算,通过“马蹄莲”的中水回用系统,每年节水可达4800吨,占大楼用水量的31%。

在“马蹄莲”的花茎中轴内,设有热塔。冷梁系统利用冷热空气交换原理,为建筑自然送风。

漫步在“马蹄莲”脚下的广场草坪,一个个足球大小的透明玻璃罩,错落点缀其间。杨凯说,这33个光导照明灯,是为地下停车场安装的光导照明系统。利用光学原理,自然光被导入地下空间,在白天,地下车库大部分区域都可依靠自然光照明。到了夜间,甚至还可利用明亮的月光进行照明。仅此一项,每年就可节电5万度。

据了解,武汉新能源研究院已着手计划在“马蹄莲”花盘四周,铺设一圈定日镜组成的镜场,无论太阳在哪个方向,都能精准将阳光反射聚焦在“花蕊”上,形成10千瓦以上的光热发电装置,进一步提高太阳能利用率。

年内,我省首个深层地岩热示范项目,也将在“马蹄莲”启动。工程人员将打一口2500米深的地热井,直至温度70℃-80℃的地岩层,用地热为“马蹄莲”大楼供暖。

氢气有“房”住,“发电站”拖着跑50家新能源企业的创新攀登

“我手里这片电池片,可以发40瓦的电。如果25片叠在一起就是电堆,能发1000瓦的电。”7月24日,在武汉华科福赛新能源有限责任公司的研发实验室,总经理李锋拿着一块乒乓球拍大小的方形电池片,眉飞色舞。

他手里的电池片,是固体氧化物燃料电池。这是一种在中高温下,直接将储存在燃料中的化学能,高效转换为电能的全固态化学发电装置。

2015年,在国家“863计划”支持下,华中科技大学燃料电池研究中心李箭教授团队,自主研制出5千瓦固体氧化物燃料电池独立发电系统,并实现4.82千瓦的功率输出,标志着我国这一独立发电技术取得新突破。

次年,华科福赛成立,实现成果转化,专注固体氧化物燃料电池的研发和应用推广。截至目前,该公司已成功研制出300至5000瓦的独立发电系统,掌握了从原材料、单电池、电池堆到发电系统的完整产品链。

“这个电堆,就相当于一个发电机,发电效率超过50%,是目前世界上发电效率最高的发电装置。”李锋介绍,有了这个电池,“发电站”就能拖着跑,在分布式电站、应急电源、交通运输、军事和海洋等领域,前景广阔。

华科福赛,只是武汉新能源研究院入驻的50家创业公司之一。围绕电池材料、储能材料、纳米材料等重点方向,一个个新能源创新成果,从实验室走向市场。

2019年,武汉新能源研究院、英国利物浦大学和华中科技大学,共同组建的中英纳米能源材料研究中心正式运行。英国皇家化学会院士安德鲁·库珀出任中心主任,推动国际化协同创新。

研究中心里,数不清的瓶瓶罐罐堆满了操作台。有的瓶子里装着粉末,有的装着小颗粒,他们都有一个共同的本领——超强吸附力。


“这可不是普通的粉末和颗粒。”该中心执行主任、华中科技大学教授谭必恩笑着说,这是一种多孔有机聚合物材料,有的擅长存储氢气和天然气等气体,有的擅长吸附油脂和液体,有的擅长净化血液中的毒素。制备1克这样的材料,所有孔洞面积加起来和一个足球场差不多,把氢气等气体装进这些孔洞里,给它一个“房子”住,就能实现安全运输。

目前,该团队在这一领域已形成十几项核心专利。

坐拥14个国家及省部级平台

特色工研院开出“能源之花”

改革开放以来,随着我国经济体制改革的启动和不断深化,科技体制的结构性缺陷逐渐显露:科技与经济“两张皮”,科技成果转化机制与渠道缺乏,难以应对全球新技术革命挑战。

2009年开始,光谷在借鉴台湾工研院、深圳清华大学研究院、东莞华中科技大学制造工程研究院等工研院的经验基础上,以武汉市政府与高校共建、事业单位企业化运行等模式,组建了11家工业技术研究院,为“政产学研用”和高校科技成果转化探索一条新路径。

2016年,依托华中科技大学电气与电子工程学院、能源与动力工程学院等“双一流”强势学科,武汉新能源研究院应运而生,旨在整合国内外新能源人才和技术资源,在新能源智能材料、能量转换器件与装备、能源互联网、节能环保等领域实现重大突破。

经过4年发展,该院已初步形成新能源电动船、低品位风力发电装备、特种电力电子装备、综合能源服务(能源互联网)等四大研发产品线。除了50家在孵企业外,9个在孵团队也捷报频传:胡兴华团队自由活塞式斯特林发电机突破国外技术封锁,江建军团队的吸波材料中试取得阶段性成果,韩建涛团队的硬碳负极材料研发中试生产线全流程打通……

杨凯介绍,该院拥有新能源国家专业化众创空间等14个国家及省部级平台、2个院士工作站。其中,研究院与程时杰院士团队合作开发的安全型高能量密度固态电池,已顺利完成中试,项目融资达6000余万元。

截至目前,武汉新能源研究院申请专利70多项,40%为发明专利。

(湖北日报;记者李墨;2020年7月31日)


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