向深海要能源，向未来要答案——“深海‘气’航”项目以原创气泡能技术破解海洋监测续航难题
在建设海洋强国、加快发展海洋经济、提升深海探测能力的国家战略背景下,如何为广袤深海中的观测设备、传感器网络和水下机器人提供长期、稳定、低成本的能源保障,正成为全球海洋科技竞争中的关键命题。近日,由辽宁工程技术大学相关团队推进的“深海‘气’航:面向海洋多维监测网的分布式原位气泡能源系统”项目,围绕深海设备“续航焦虑”这一行业共性难题,提出了一条具有原创性和前瞻性的技术路线:从海底冷泉与热液区持续逸散的气泡中获取浮力势能,并通过自主设计的三维螺旋能量收集结构,将其高效转化为稳定电能,为深海观测网和水下装备提供原位能源支持。这一探索不仅拓展了海洋新能源开发的边界,也为我国构建“永不失电”的海洋多维监测网络打开了新的想象空间。
深海能源系统部署场景示意图
“深海‘气’航”项目的最大特点,在于它并未沿着传统海洋能源路径继续内卷,而是将视线投向了长期被忽视、却广泛存在于深海环境中的气泡能源。海底冷泉和热液区会持续释放富含甲烷等成分的气泡,这些气泡在上升过程中蕴含着可观的浮力势能。与太阳能依赖光照、波浪能受海况影响、温差能转换效率有限不同,深海气泡能源具有持续性强、海况依赖低、适配深海场景等天然优势。项目团队正是基于这一认识,尝试构建一种不同于海面能源站的深海原位能源节点。换言之,这不是把陆地能源系统简单搬到海底,而是根据深海流体环境和装备需求,重新定义一种适合深海长期驻留应用的能源基础设施。
南海深海冷泉——深海气航系统的天然能量来源
这一前瞻性技术底气的背后，是深海中极为丰富的冷泉与热液资源。据国内外海洋地质探测与科学考察结果显示，海底冷泉在世界各大洋的边缘海及陆坡区广泛分布，且处于持续活跃状态。以我国南海为例，近年来科研人员已陆续探明了多个处于活跃期的大型冷泉区，其海底持续逸散出的甲烷等流体气泡不仅体量庞大，而且呈现出常年不间断喷发的特征。这种“源源不断”且“分布广泛”的自然属性，恰好与“深海气航”项目所构想的分布式原位能源网络完美契合。
项目名称中的“气”字,既指向气泡,也寓意“启航”。这一双关背后,是团队对项目定位的清晰判断:它不是一个单一的水下充电装置,也不仅仅是一项实验室概念验证技术,而是一个面向海洋多维监测网络、集能量收集、转换、储存、调度与供给于一体的分布式原位能源系统。团队希望借助这一系统,让深海中的各类传感器节点、水下机器人、海底工作站和通信节点形成更加稳定的能源连接关系,从而使海洋观测从“间歇式、任务式”运行,逐步迈向“长期化、网络化、自治化”运行。
螺旋管CFD仿真压力场分布图（低压区0.8MPa→高压输出2.4MPa）
从技术机理看,项目最核心的突破来自原创的3D螺旋气泡能量收集技术。在传统设想中,气泡虽然存在势能,但分布离散、运动无序,难以形成稳定高效的能量输出。项目团队通过流固耦合研究、流场建模和结构优化,设计出特定螺旋角度的三维螺旋收集管,使进入装置的气泡在上升过程中形成更稳定的螺旋涡流,并将原本散乱的气泡运动整合为可驱动涡轮旋转的定向流体动能。材料显示,采用50°螺旋角的优化结构后,系统在压力提升与能量汇聚方面表现最佳,相较传统直管结构可实现显著增益,部分实验和仿真结果显示能量收集效率可达到现有思路的数十倍量级。这意味着,看似微弱而零散的深海气泡,不再只是地质活动的附属现象,而有望转化为真正可利用、可部署、可扩展的能源来源。
实验室测试场景
项目的技术原创性与工程可行性不仅停留在理论与实验层面，更得到了严谨的知识产权布局与权威认证的支撑。截至目前，团队围绕三维螺旋气泡收集结构、无接触磁力耦合传动机制及水下分布式储能等核心技术，已累计申请6项相关核心专利，构建了较为完善的自主知识产权护城河。更为关键的是，项目的核心技术方案已顺利通过权威第三方机构的科技查新，查新结论进一步印证了该系统在深海原位气泡能高效转化领域的国内外首创性与领先优势。同时，系统样机及关键部件也已取得专业机构出具的检测报告，各项核心性能指标均达到或优于设计预期。这些扎实的专利布局与权威数据背书，不仅证明了“深海气航”技术路线的科学性，更为项目从实验室走向产业化应用、参与未来海洋硬科技市场竞争奠定了坚实的技术底座。
团队负责人前往江苏海洋经济专项论坛
当然,任何深海技术从实验室走向海底,都不会是一条轻松的路。团队也坦然工程化验证尚未完全完成、深海海试成本高昂、材料长期耐久性和环境适应性仍需进一步检验等现实挑战。这种清醒认识,反而增强了项目的可信度。因为深海装备研发从来不是“只要有创意就能落地”的赛道,它需要长期投入、反复验证和复杂系统协同。对“深海气航”而言,未来最关键的几步,或许包括更大尺度样机制造、典型海域海试、长期可靠性数据积累、标准接口建立,以及与观测设备和机器人平台的深度适配。一旦这些环节取得突破,项目的示范效应将进一步放大。
对于海洋科技创新而言,每一次真正有价值的突破,都不只是技术参数上的领先,而是对国家需求、产业痛点和未来场景的准确回应。“深海气航”项目正以其原创技术路线和明确应用导向,展示出青年创新团队面向深海、服务国家、敢于攻坚的探索姿态。未来,随着更多实验验证、工程测试和场景落地的推进,这一项目有望从实验室中的创新方案,成长为支撑海洋多维监测网建设的重要能源节点,为我国加快建设海洋强国注入新的技术动能。