由岸基、海基、空基、天基监测系统构成的海洋环境监测系统对海洋资源的开发与利用起着至关重要的作用。其中,岸基监测系统中的岛礁监测网络因其远离陆地且传感器节点分布广泛、数量众多、单体能耗小,因此面临供电难题。而远海岛礁拥有丰富的风能资源,利用风能收集技术为岛上设备和监测网络中的传感器节点供电引起广泛关注。摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator,TENG）作为一种新兴的环境能量收集技术,基于麦克斯韦位移电流原理。TENG组装简易、结构形式多样、造价低、体积小的特点,使其在采集分散、不规律、形式多样的环境能量方面拥有独特优势。特别地,TENG常见的几种工作模式中,常用于风能采集的接触独立层式摩擦纳米发电机（Contact-mode Freestanding Triboelectric Nanogenerator,CF-TENG）,具有瞬时输出功率高、低材料磨损性、能量转化效率高等优势。本文受到铁路、公路及跨海大桥挡风墙结构的启发,在CF-TENG工作模式的基础上借鉴挡风墙的结构特点。设计出一种易组装、可模块化、便携、瞬时输出功率高的基于薄膜振动的类挡风墙结构摩擦纳米发电机（Windbreak Fence-like Triboelectric Nanogenerator,WB-TENG）。其应用场景是为海洋传感器监测网络的传感器节点供能或者经过并联模块化以后进行规模的风能收集为岛礁用电设备供电并兼具挡风效果。本文主要的研究内容及结论如下:首先,本文根据CF-TENG的工作原理及挡风墙的结构形式,设计出了用于风能采集的类挡风墙结构摩擦纳米发电机（WB-TENG）。由摩擦纳米发电机的基本原理,推导出了WB-TENG的理论方程。通过引入简化气弹力学模型和二维矩形双曲抛物面薄膜振动方程,对WB-TENG薄膜拍打特性做出分析。根据其理论方程和薄膜拍打特性分析结果,设计WB-TENG的优化实验。在发电单元薄膜材料选择、结构尺寸设计、薄膜安装垂度等方面,优化出适合风能采集的WB-TENG发电单元结构形式。接着,详细研究了不同来流条件（来流风速、来流角度、来流湍流度）对WB-TENG发电单元输出性能和工作稳定性的影响。并尝试对发电单元进行模块化并联,验证了通过模块化并联提升发电模块输出性能的可能。最后,利用烟线流场显示技术对66单元WB-TENG发电模块后方流场涡脱情况进行流场显示,并利用眼镜蛇三维脉动风速测量仪测量流场中流体的速度变化,定量化评估了WB-TENG发电模块的挡风效率。同时,对WB-TENG发电单元及发电模块进行了一系列应用演示实验,包括为LED灯具供电、为传感器供电以及搭建风速传感系统等。本文所设计的WB-TENG发电单元,可以有效收集来流角度在25°到155°区间的气流能量,对具有一定湍流度的来流也有很好的工作适应性。同时,随着风速的增加,WB-TENG发电单元的输出电性能参数呈现出良好的上升趋势。66单元并联形成的WBTENG发电模块,在10 m/s风速下,输出的短路电路值可达440μA,可实时持续点亮额定功率为48 W的家用LED灯具以及提供加速度传感器工作所需电能。30 m/s风速下,66单元发电模块输出的短路电流值可达0.8 m A。同时,66单元发电模块的开孔率为45.4%,挡风效率可达54%,达到了实际挡风墙的功能性要求,具备与挡风墙结合应用的潜力。此外,利用Labview软件和WB-TENG发电单元构建的风速传感系统,风速测量的准确性与商用风速测量仪接近。