当科幻照进现实，人体或将成为能量流动的智能电网。日前，记者从太原理工大学获悉，该校教授孙宏斌团队提出“人体电网”创新概念，通过可穿戴技术实现个体层面的能源管理，为全球节能减排提供全新路径。相关研究成果发表于《通讯工程》。
近年来，全球气候危机加剧，传统的能源解决方案已难以满足日渐增长的节能减排需求。尽管大规模能源转型和区域性低碳项目已取得显著进展，但个体层面的能源效率提升和行为优化仍具有巨大潜力。
“人类既是能源的使用者，又能通过自身活动产生能量，若在人体上构建类似的‘电网’系统，整合可穿戴的‘源网荷储’，不但可以实现个体层面的能源管理，更能开辟自下而上的减碳新路径。”2019年，孙宏斌萌生了构建人体电网的想法。
孙宏斌解释，人体电网是一种可穿戴的物理信息生命系统。其通过协同人身上的源、网、荷、储与通信，实现对人体及旁边的环境的态势感知、实时处理和安全预警，并可以针对穿戴者的动态需求与人体、设备、外界环境进行高效交互，在满足人体舒适性需求的同时，达成节能减碳的目标。
基于以上描述的目标，研究团队设计并测试了人体电网原型系统。研究小组成员、太原理工大学电气与动力工程学院教师许嘉禾介绍，团队充分考量人体不一样的部位灵活性与舒适度要求，对“源网荷储”设备做科学合理的布局，以确保系统的轻量化与灵活部署。通过搭建可穿戴的通信网络和能源传输网络，团队打造出高效便捷的数据交互与能源调配架构。同时，借助开源电子原型平台Arduino作为微控制单元（MCU），实现了对人体电网系统的实时控制以及与穿戴者的高效交互，为系统的智能化运行提供了有力支撑。
“人体电网作为一种通用的可穿戴能源平台，可根据穿戴者所处的环境和需求，灵活调整能源管理策略。”许嘉禾说，室外环境下，系统可实时优化能源管理，协同内部设备，智能收集和分配能源。这样不仅能克服用能设备续航的木桶效应，避免因个别设备电量耗尽而影响整体户外活动时间，还能保障在复杂条件下高效利用能源。而在室内环境下，系统可通过安装加热或制冷设备，精准调节个体温度。
许嘉禾说，这种精准控温方式打破了传统暖通（制冷供暖、通风）对整体空间进行调控的模式，有效解决了能耗较大的问题。人体电网将用能的空间尺度从整体空间缩减到人体，在实现精准能源供给的同时，节省了大量能量，为节能减排提供了新的思路。
为评估人体电网的节能降碳潜力，研究团队还开展了建筑级别的能耗模拟。实验结果为，相较于传统空调供暖方案，人体电网的协同策略可减少61.0%的能耗，并降低57.5%的电费支出。其显著的节约能源的效果得益于人体电网与建筑设备的高效协作，通过精准调控室内温度和能源分配，实现最优能源利用。
此外，研究团队利用全球建筑能耗模型进一步验证了人体电网的广泛适用性。模拟结果为，该技术每年可节省约6611亿千瓦时电力，相当于全球建筑暖通电力消耗的50%。这一数据表明，人体电网不仅仅可以大幅降冷与供暖需求，还能在不同天气特征情况下保持高效节能。
许嘉禾介绍，未来研究团队将持续深耕人体电网在节能减碳领域的应用，进一步挖掘潜力并优化系统性能。同时，积极探索人体电网在极寒、极热、太空、高原等极端环境下的应用潜力。（记者 韩 荣）
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