研究人员打造DNA折叠涡轮 直径仅为25纳米

研究人员打造DNA折叠涡轮直径仅为25纳米研究人员开发出一种DNA折叠纳米涡轮，它具有根据离子浓度改变旋转方向的独特能力。这一进展为未来在细胞水平上的药物输送提供了潜力，并强调了利用盐梯度能量的前景。图片来源：CeesDekker实验室/SciXel从风车到飞机，流动驱动的涡轮机是塑造我们社会的许多革命性机器的核心。甚至生命本身的基本过程也严重依赖涡轮机，例如为生物细胞产生燃料的FoF1-ATP合酶和推动细菌的细菌鞭毛马达。这种纳米涡轮机有一个直径为25纳米的转子，由DNA材料制成，叶片按右手或左手方向配置，以控制旋转方向。为了运转，这种结构要停靠在强大的水流中，水流受电场或盐浓度差的控制，从薄膜上的纳米孔（一个微小的开口）流出。我们用涡轮机驱动一根刚性杆，每秒可转10圈。DNA折叠纳米涡轮的旋转受离子浓度的影响，为先进的药物输送和利用盐梯度获取能量铺平了道路。图片来源：CeesDekker实验室/SciXel这项研究最引人入胜的发现之一是DNA折纸纳米涡轮旋转的独特性。它的行为受离子浓度的影响，根据溶液中Na+离子的浓度，同一个涡轮可以顺时针或逆时针旋转。这一纳米级领域独有的独特功能是离子、水和DNA之间错综复杂的相互作用的结果。这些发现得到了伊利诺伊大学AlekseiAksimentiev小组大量分子动力学模拟和哥廷根大学MPI研究所RaminGolestanian理论建模的严格支持，有望拓展纳米技术的视野，并提供大量应用。例如，未来我们也许可以利用DNA折纸制作纳米机器，将药物输送到人体内的特定类型细胞中。这项研究的负责人塞斯-德克尔（CeesDekker）介绍了他们的研究方法："我们与慕尼黑工业大学亨德里克-迪茨（HendrikDietz）实验室的合作者一起，利用以前在DNA旋转电机方面的研究成果，创造出了一种可以完全控制其设计和运行的涡轮机。DNA折纸技术利用互补DNA碱基对之间的特殊相互作用来构建动态三维纳米物体。这种设计可以通过叶片的手感控制涡轮在纳米孔中的旋转方向，并可将涡轮直接集成到其他纳米机器上。"这项研究成果是继去年推出DNA有源纳米转子之后的又一成果，DNA有源纳米转子是一种能够将电能或盐梯度转化为实际机械功的自配置装置。更多信息用DNA构建纳米级转子。研究人员已经揭示了利用纳米孔中的水和盐推动纳米级转子的基本原理。在合理设计的推动下，今年的突破标志着其工作进入了下一个阶段，为未来的仿生跨膜机器奠定了基础，并有可能利用盐梯度的能量，这是生物马达能够使用的重要能源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393237.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393237.htm

[多图]非同寻常的塔式反向旋转浮动风力涡轮机将在挪威投入测试

[多图]非同寻常的塔式反向旋转浮动风力涡轮机将在挪威投入测试大多数风力涡轮机看起来就像一根棍子上的螺旋桨，但一旦你把这个概念带入深海（世界上绝大多数最好的风力资源都在深海）并将其放大，这种设计就越来越不合理了。所有的重物都在顶部，头重脚轻，因此要建造和维护一个不会在风中倾覆的浮动版本既困难又昂贵。正因为如此，WorldWideWind（WWW）公司的反向旋转VAWT才是一个令人着迷的替代方案。所有的重型发电机都安装在底部，事实上，是安装在水下，低于涡轮机的浮桥。这就在底部增加了足够的重量，使整个设备不会顶入水中，只需要一套系泊锚。反向旋转浮动VAWT剖析图/WorldWideWind发电机的转子和定子随后连接到一对垂直轴涡轮机上，每个涡轮机都有三个叶片，与塔架主轴成45度。下部涡轮机朝一个方向旋转，上部涡轮机则朝另一个方向旋转，上部涡轮机安装在下部涡轮机中间的一根杆上。叶片简单而固定，可以从风力中获取大部分有用的扭矩，就像帆船一样。WWW首席技术官汉斯-伯恩霍夫（HansBernhoff）在去年的一次采访中告诉我们："只有在直接逆风或直接顺风的情况下，它才不会追上速度。当垂直轴叶片旋转时，它或多或少会在360度的300度上获得扭矩"。发电机的阻力可以通过微秒管理来控制涡轮机的速度。因此，无论风向如何，浮动双VAWT都会被动地倾斜到最佳角度，两个涡轮机开始朝相反的方向转动，从而有效地将"定子"中"转子"的转动速度提高一倍。前WWW首席执行官特龙-卢达尔（TrondLutdal）告诉我们："可以认为这是一种将发电量增加一倍的方法，也可以认为是一种将发电机成本降低一半的方法。因此，它的成本更低，可扩展性更强，而且任何维护都是在底部进行，而不是在数百英尺高的空中。"这种风塔可以扩展到前所未有的规模和功率。风对结构产生的扭力被两个相反的旋转有效中和。此外，每个转子的锥形扫描降低了叶片尖端的速度，并减少了后面产生的尾流效应，因此在实际的风力发电场中，该公司表示它们可以部署在更近的距离，从给定的区域产生更多的能量，并减少连接电缆。WWW公司表示，利用一些有趣的材料选择，该公司看到了将这些设备扩展到400米（1312英尺）高的清晰路径，届时单个塔架可产生40兆瓦的巨大能量，几乎是世界上最大风力涡轮机能量的两倍，更重要的是，到2027年，它可将海上风力发电的平准化能源成本（LCoE）大幅降至50美元/兆瓦时以下，这还不到普通水平轴塔架成本的一半。因此，它们的前景非常令人兴奋，也非常引人入胜，这也是为什么我们很高兴地听说该团队已经与挪威最大的工业建筑集团之一AFGruppen签署了一份协议，开始测试一个小规模的原型。AFGruppen公司与WorldWideWind公司签署了一项协议，将对该设备的第一台原型机进行测试。19米长的样机将在AF位于瓦茨的环境基地进行测试，该基地坐落在挪威东南海岸美丽得令人心碎的峡湾岸边的深山中。这正是斯拉尔蒂巴特法斯特最伟大、最复杂的作品。该公司表示，下一个原型机将是更大的1.5兆瓦试验机，计划于2025年初开始测试，并希望在2030年前推出24兆瓦的商用涡轮机，如果今天推出，这将是世界上最大的海上涡轮机。WWW新任首席执行官比约恩-西蒙森（BjørnSimonsen）在一份新闻稿中说："我们非常荣幸能与AFGruppen合作测试我们的第一台原型机。我们非常感谢AF团队迄今为止给予我们的支持，也非常感谢他们让我们使用他们在Vats的院子进行测试。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393883.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393883.htm

令人惊叹的垂直涡轮风力发电机墙Airiva今年将进入客户试用阶段

令人惊叹的垂直涡轮风力发电机墙Airiva今年将进入客户试用阶段2021年的构想是建造一面由25台垂直轴涡轮机组成的迷人墙壁，每台涡轮机连接一台发电机，总峰值输出功率为10千瓦。正如我们当时所指出的，这是一个很有吸引力的数字，但由于风力的间歇性，每天240千瓦时的潜在发电量可能会下降到这个数字的一小部分-美国大型陆基三叶涡轮机的平均发电量估计为84千瓦时。但是，鉴于垂直轴涡轮机的效率低于大型水平轴涡轮机，即使是这个数字也可能过于慷慨。据报道，在此后的几年里，杜塞特和合作伙伴对16种叶片结构进行了调整和测试，然后将重点放在四种叶片结构上，接着是两种，最后确定了一种螺旋叶片设计。随后又进行了更多改进，Airiva系统现在由两个2.1x2.1x1.05米（6.9x6.9x3.4英尺）的大型涡轮机单元组成，外加一个末端枢纽单元，该单元是控制、通信和电源管理系统的所在地。每台设备装有8个涡轮机，预计年发电量约为2200千瓦时，这个数字虽然不算大，但有助于减少家庭能源账单。《FastCompany》报道称，"美国一个普通大小的家庭"需要五个这样的装置，才能通过该系统满足100%的用电需求--这是一个相当大的占地面积。概述显示，住宅并不是Airiva系统的主要市场。多台设备可以通过菊花链串联在高速公路或桥梁上，公司或大学校园也可以安装更大型的设备，机场、港口、交通枢纽等也是如此。"Airiva是一个模块化、可扩展的智能风能系统，由一个现代框架内的垂直风力涡轮机阵列组成。这种独特设计在采用中发挥了重要作用，并与我们城市和郊区景观的建筑和基础设施融为一体，使清洁能源更接近我们生活和工作的地方。"截至发稿时，该公司仍处于原型设计阶段，但预计将于今年下半年开始客户试点，并于2025年开放订单。虽然目前还没有确切的数据，但Airiva的网站称，该公司的"目标LCOE在国内和国际上与其他较小规模的分布式能源相比都具有竞争力"，即将进行的试点将揭示支持这种说法的数据。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434396.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434396.htm

主动风力涡轮机控制旨在将鸟类死亡数量减少80%

主动风力涡轮机控制旨在将鸟类死亡数量减少80%当然，这个数字大大低于每年估计有2550万只鸟因飞入架空电线而死亡，或每年估计有9.8亿只鸟因撞入建筑物而死亡，或每年有14亿至37亿只鸟被家猫杀死。但这仍然是一个不可接受的数字，也是一个需要解决的问题--因为在未来几十年里，一个完全绿色的能源网络将需要越来越多的涡轮机。挪威科学与技术研究所（SINTEF）和挪威环境友好能源研究中心的研究人员认为，他们有一个想法可以帮助解决很多问题。这个想法非常简单：每台涡轮机都将安装摄像头，能够发现直接飞向转子路径的鸟类。软件会自动计算它们的预测轨迹，如果它们看起来有被击中的危险，系统就会发出控制信号，通过调整发电机力矩和叶片扭转来减慢叶片速度。在模拟中，该系统（称为SKARV）能够避免绝大多数与单只鸟类的碰撞，这些鸟类以可预测的路径移动，迎面飞向涡轮机，在撞击前至少有五秒钟的时间被发现。当然，这并不能说明所有情况。这并不能阻止它们撞向中央机舱或塔架，如果它们从侧面飞来，或者在涡轮机周围盘旋，这也无济于事。研究员PaulaB.GarciaRosa说："由于我们很难预测鸟类的飞行轨迹，新系统也不能完全解决这个问题。例如，如果一只没有经验的幼鸟在接近涡轮机时表现出不规则的飞行行为，那么就不可能准确预测它几秒钟后的位置。如果同时有几只鸟靠近，预测也会更加困难。"如果有大量鸟类靠近，系统可以设置为完全关闭涡轮机--不过研究小组指出，大型涡轮机从正常转速完全停止需要长达20秒的时间。加西亚-罗萨说："根据我们的模拟，我们相信SKARV项目可以帮助减少高达80%的致命碰撞。下一步是进一步开发现有的叶片旋转速度控制策略，并将这些策略与识别鸟类飞行轨迹的方法相结合。然后，我们将进行实际演示。我们相信，SKARV技术可以在五年内实现商业化，如果我们看到业界有足够的兴趣，也许会更早。"这是一个把煤炭巨头变成环保主义者的有趣问题。如果成群的鸟儿会经常干扰清洁能源发电，那么SKARV系统很可能也会把清洁能源巨头变成心狠手辣的雇佣兵。一些研究人员甚至认为，鸟类正在学会主动避开涡轮机。但是，如果仅在美国，每年就有超过一百万只鸟类还没有领悟到这一点，那么这仍然是一个值得解决的问题。我们期待听到试验的进展。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383327.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383327.htm

研究人员受安第斯秃鹰启发改造风力涡轮机 将发电量提高了10%

研究人员受安第斯秃鹰启发改造风力涡轮机将发电量提高了10%加拿大阿尔伯塔大学（UniversityofAlberta）机械工程系的研究人员研究了在风力涡轮机叶片上安装受兀鹰启发的小翼是否也能减少阻力并增加能量生产。风力涡轮机叶片利用空气动力学原理提取风能，并将其转化为电能。但是，如果我们要依靠清洁、可持续的能源生产，就必须确保它们尽可能多地产生能量。通常降低风力发电机效率的是升力产生的诱导阻力。当叶片穿过空气时，其顶部（吸气侧）会形成一个气压较低的区域。叶片下方（压力侧）的高压空气会与上方的低压区域寻求平衡，从而形成叶尖涡流，空气从叶片顶端呈螺旋状流出。涡流使气流向下偏转（下冲），产生诱导阻力。虽然大多数现代飞机都通过使用小翼来减少叶尖涡流的影响，从而降低诱导阻力，但在风能产业中的应用仍处于起步阶段。对装有小翼的风力涡轮机进行的研究表明，小翼可以提高发电量，但其代价往往是延长叶尖，因此很难确定这种改进是直接归功于小翼，还是增加了叶片的润湿面积，即与外部气流接触的面积。为了澄清这个问题，阿尔伯塔大学的研究人员求助于加拿大工业设计公司BiomeRenewables，该公司通过模仿自然创造清洁能源产品，并根据秃鹰的翅膀设计了小翼。Biome为"秃鹰项目"开发了受生物启发的小翼。它长17.6英尺（5.35米），设计用于在生产后加装到风力涡轮机的叶片翼尖上。研究人员利用计算机模拟确定了在样本风力涡轮机上加装Biome翼片对其发电量的影响。BiomeRenewables的秃鹰灵感小翼RahnamayBahambaryetal.CCBY-NC-ND4.0他们发现，增加小翼后，沿叶片跨度方向的吸力面和压力面之间的压力差增大，这反过来又增加了涡轮机的扭矩（绕轴的旋转力）和发电量。发电量平均增加了10%，研究人员认为这归因于小翼引起的空气动力变化，而不仅仅是叶片扫掠面积的增加。尾流研究和发电量的结果表明，这种生物启发设计可以提高风力涡轮机的发电量。该研究发表在《能源》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426062.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426062.htm

新发明的单叶浮动风力涡轮机成本减半 功率更大

新发明的单叶浮动风力涡轮机成本减半功率更大世界上大多数最好的风力资源都在近海，海洋太深，一般的固定塔式涡轮机根本无法开发。因此，深海可以为清洁能源做出巨大贡献，同时对居民和野生动物造成的麻烦也比陆上风力发电场少得多。但是，通过固定在海床上的浮动装置来利用海上风能的技术还远未定型，因此，随着一些截然不同的设计在规格表、波浪槽和原型测试中展开激烈的角逐，一场淘金热正在进行中。它们都希望在成本、发电量、成本、寿命、可靠性、成本、制造简便性、安装和维护简便性、成本、成本和成本之间找到最佳平衡点。浮力桶浮筒锚定在海底荷兰Touchwind公司对这一理念进行了有趣的创新......它是围绕一个巨大的单片转子设计的，转子位于一根杆子的末端，杆子垂在一个大桶上，下面挂着一个大浮标。触风公司表示，这一个巨大的双叶片的制造成本大约是传统涡轮机三叶片结构的30%。它不需要任何昂贵的主动叶片间距控制系统，大多数标准涡轮机在风速超过25米/秒（90公里/小时/56英里/小时）时需要停机，而这种涡轮机的额定风速高达70米/秒（252公里/小时/157英里/小时），更少的停机时间等于更多的生产时间和更多的能源。叶片以微微向上的角度固定在桅杆上。风速较低时，桅杆会倾斜，在悬挂浮标的帮助下，叶片可以有效地保持在水面上。但随着风速加快，叶片开始快速旋转，它就会产生升力，就像直升机的主旋翼一样，开始将桅杆拉直。在风速较高时，大叶片会将塔架拉直，将较小的部分暴露在风中因此，在风速较高时，塔架几乎与地平线持平，极大地限制了风加快塔架旋转的能力。在这种情况下，浮标会被托出水面，成为压舱物，抵消主叶片的升力，帮助减少海底锚的压力，防止整个浮标飞走。与许多其他浮动设计一样，它与来风的方向无关，会被动地漂浮起来，随时将自己定位在最佳方向上。触风公司表示，这种设计几乎可以在任何能够处理12兆瓦涡轮机所需的200米（656英尺）长叶片的港口设施中轻松制造，同样也很容易拖到现场，并连接到地锚和电力输出电缆上进行安装。这些设备的制造和从港口部署应该相对简单。该公司已经完成了小规模的陆基和浮动平台原型，并开始扩大测试范围，这要归功于日本航运公司三井物产株式会社（MitsuiO.S.K.Lines）的新投资。Touchwind创始人兼首席执行官RikusvandeKlippe在一份新闻稿中说："我们已经合作了一年，进一步开发我们的浮动风力涡轮机。直径为6米的转子正在荷兰Oostvoorne湖进行现场测试。有了商船三井公司作为股东和他们的投资，我们可以加快测试计划，证明我们的技术，缩短产品上市时间。"我们不清楚该公司预计何时能实现规模化运营，而且不幸的是，现阶段还没有关于这些动力野兽的平准化能源成本（LCoE）的预测。因此，假设开发和融资工作顺利进行，我们也很难预测其在商业部署中的竞争力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383633.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383633.htm