科学网—Ocean｜中国科学院王中林院士、清华大学张建民院士综述：蓝色能源——源自水的可持续能源-清华大学出版社学术期刊的博文
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2026-7-30 10:03
| 个人分类: Ocean | 系统分类: 论文交流
1 导读
能源是全球发展与经济增长的核心动力，也是人类文明的基石。但传统能源开采使用易造成环境污染与生态破坏，且化石能源资源有限，开发可再生绿色能源对环保、全球可持续发展及零碳排放至关重要。本文介绍了绿色能源的核心组成部分 —— 蓝色能源（水相关动能势能，包括水电、海洋能、近海能源等），阐述了其现状、趋势及摩擦纳米发电机（TENG）技术。
Citation：
Wang Z, Zhang J-M, Wang J, et al. Blue energy—Sustainable power from water. Ocean , 2025, 1(1): 9470004. https://doi.org/10.26599/OCEAN.2025.9470004
DOI: https://doi.org/10.26599/OCEAN.2025.9470004
2 背景介绍
能源是现代社会经济发展的基础与动力，工业、农业、交通等各领域均依赖能源支撑。传统化石能源的开采使用引发环境污染与生态问题，随着环保意识提升及可持续发展需求增加，清洁可再生绿色能源成为关注焦点。蓝色能源作为绿色能源的重要组成部分，源于水的动能与势能，包括水电、海洋能、近海能源等，其开发利用对缓解能源危机、减少碳排放、保障能源安全意义重大。
3 图文介绍
3.1 水电相关结论
全球河流蕴含丰富水电资源，现有装机容量超1300GW，年发电量占全球总发电量16%以上，中国发电量居首。但水电发展面临生态影响与社会争议挑战。
图 1 全球水电发电量前十国家（经许可，转载自参考文献[35]）。
3.2 海洋能相关结论
海洋能源总量巨大，含潮汐能、波浪能等五类，潮汐能技术较成熟，波浪能潜力大但当前装机量小，电磁发电机（EMG）存在诸多缺陷，TENG 技术更适配海洋低频次能源收集。
图 2 （a）直接驱动式点吸收器示意图；（b）海洋动力技术公司的点吸收式波浪能转换器阵列；（c）Pelamis 波浪能转换器阵列（经许可，转载自参考文献[27]©2009）。
3.3 TENG 技术相关结论
TENG基于麦克斯韦位移电流，通过摩擦起电与静电感应耦合发电，较EMG具有轻量化、低频次/低振幅/低输入功率下高效等优势，多种典型结构适配蓝色能源收集。
图 3 电磁发电机（EMG）与摩擦纳米发电机（TENG）对比。（a）工作机制（经许可，转载自参考文献 [48]©2017）；（b）低频次输出性能；（c）低振幅输出性能（经许可，转载自参考文献 [49]©2019）；（d）低输入功率输出性能（经许可，转载自参考文献 [50]©2021）
图 4 用于蓝色能源收集的TENG的典型结构。（a）球形结构TENG及其工作机制（经许可，转载自参考文献[53]©2015）；（b）摆动式（S）-TENG 装置的3D结构及其自组装TENG网络示意图（经许可，转载自参考文献[54]©2019）；（c）独立式鸭形TENG示意图（经许可，转载自参考文献[55]©2019）；（d）毛皮刷TENG图示（含电极盘、毛皮盘）及水流能水车结构（经许可，转载自[56]）；（e）主动共振 TENG 图示（经许可，转载自参考文献[57]©2021）
3.4 近海混合能源相关结论
近海能源含近海风电、近海太阳能及其混合能源，能高效利用海洋资源、节约土地，全球发展迅速，中国表现突出，但面临设备可靠性、维护成本及生态影响等挑战。
图 5 近海风电、太阳能与波浪能混合发电阵列示意图（经许可，转载自参考文献[48]©2017）。
4 总结与展望
蓝色能源作为绿色能源的重要组成部分同时也是一个快速发展的领域，在海洋能方面意义重大。化石能源渐趋枯竭，全球聚焦零碳排放，蓝色能源的重要性日益凸显。水电技术经百年发展已成熟，装机容量增速放缓，而海洋能发展势头强劲。随着波浪能收集新技术（如TENG）日趋成熟，未来波浪能占比将不断提升。近海风电、太阳能与波浪能相结合，可在提升能源输出的同时，节约海面使用、降低发电成本，将成为未来海洋能发展的主要方向之一。
5 作者简介
王中林院士，本刊主编
中国科学院
国际顶尖纳米科学家、物理学家、材料学家、能源技术专家， 中国科学院 外籍院士，英国皇家工程院院士， 欧洲科学院院士 ， 加拿大工程院 国际院士，欧洲工程院院士， 美国国家发明家科学院 院士， 佐治亚理工学院 前终身董事教授、2023年全球能源奖（Global Energy Prize）、2019年爱因斯坦世界科学奖（Albert Einstein World Award of Science）以及2018年埃尼奖（ENI Award，被誉为“能源界诺贝尔奖”）等三大国际顶级奖项的获得者， 中国科学院北京纳米能源与系统研究所 创始所长、现任所长。
张建民院士，本刊主编
清华大学
清华大学教授、海洋工程研究院院长、深圳研究生院海洋工程研究院联席院长，崂山国家实验室副主任兼学术委员会主任，中国海洋工程研究院（青岛）院长，中国工程院院士。兼任住房与城乡建设部科技委标准化专委会主任，科技部海洋相关专项总体专家组组长，国务院学位委员会水利工程学科评议组召集人，中国振动工程学会副理事长等。获国家技术发明一等奖、国家科技进步一等奖（创新团队）和国家科技进步二等奖以及标准大师奖、光华工程科技奖、全国优秀科技工作者、全国五一劳动奖章、全国先进工作者、中国工程院士等荣誉。
期刊简介
Ocean 是清华大学主办的英文开放获取期刊，基于清华大学出版社SciOpen平台出版发行， 主编团队 由 挪威科技大学的Torgeir Moan院士 、 中国科学院的王中林院士 、以及 清华大学的张建民院士 共同组成。《海洋（英文）》致力于发布海洋科学、海洋工程、海洋科技领域相关的最新研究进展，通过开放获取的出版模式提升成果传播速度与影响力，助力科研合作与创新，启幕海洋相关领域的学术新征程。
收稿范围包括但不限于：海洋生物学与海洋生物制药、海洋生物地球化学过程、海洋地球科学、海洋自然资源、大气与气象学、海洋污染与生态学、海洋化学、海洋数学、遥感、海洋声学与光学、海洋环境与预测、海洋自动化与机器人技术、海洋信息学与数字孪生、海洋灾害与防治、海洋采矿、近海与海岸工程结构、海洋岩土工程、水产养殖工程、流体力学、水动力学、海底工程等主题的研究论文、综述、快报、专家观点和研究亮点。
诚邀具有引领性、创新性和实用性的海洋领域相关文章的投稿！2028年底前投稿免APC！
期刊网址： https://www.sciopen.com/journal/3008-1203
投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/ocean
邮箱： ocean@tup.tsinghua.edu.cn
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