Historiallisesti sähkön muuntaminen veden liikkeestä on liittynyt suuriin infrastruktuurihankkeisiin ja monimutkaisiin mekaanisiin järjestelmiin. Meressä virtaukset ja vuorovedet ovat jatkuva energialähde, vaikka niiden hyödyntäminen onkin vaikeaa. Vastauksena tähän tilanteeseen syntyi idea energiantuottavasta heilurista .
Sisältö
Tämä innovatiivinen ehdotus tähtää tavallisesti ongelmallisen ilmiön muuttamiseen hyödylliseksi resurssiksi. Lähestymistapa perustuu Espanjassa tehtyihin kokeellisiin tutkimuksiin ja avaa vaihtoehtoisen tien uusiutuvan merienergian teknologian kehittämisessä.
Sen on keksinyt espanjalainen: se on heiluri, joka tuottaa energiaa merivirtauksista.
Järjestelmän on kehittänyt espanjalainen tutkija Francisco Ureja Rovira y Virgili -yliopiston (URV) koneenrakennusosastolta. Journal of Fluids and Structures -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa kuvataan kokeellinen laite, joka perustuu upotettuun sylinteriin, joka heilahtaa vuorovaikutuksessa merivirtojen kanssa.
Tämän energiaa tuottavan heilurin fyysinen toimintaperiaate on hyvin tunnettu tekniikassa: kun vesivirta ympäröi sylinterimäistä kappaletta, muodostuu vuorottelevia pyörteitä, jotka aiheuttavat jaksottaisia värähtelyjä .
Tämä ilmiö, joka tunnetaan nimellä nestevirtauksen aiheuttamat värähtelyt , on perinteisesti katsottu rakenteelliseksi riskiksi merellä sijaitsevissa laitoksissa. Tässä tapauksessa se on sähköntuotantojärjestelmän keskeinen elementti.
Laite koostuu sylinterimäisestä putkesta, joka on ripustettu akseliin ja joka värähtelee virran vaikutuksesta kuin heiluri. Nämä mekaaniset värähtelyt siirretään veden ulkopuolella sijaitsevaan muunnosjärjestelmään, jossa ne muunnetaan sähköenergiaksi tavallisten generaattorimekanismien avulla .
Miten tämä energiaa tuottava heiluri toimii?
Yksi tämän heilurin tärkeimmistä ominaisuuksista on veden alla olevien osien minimointi. Huera-rakenteessa veden alla on vain sylinteri, kun taas akseli, mekaaninen voimansiirto ja generaattori voidaan asentaa pinnalle, jopa kelluviin alustoihin.
Tällainen kokoonpano on suoraan merkityksellinen järjestelmän toiminnalle. Meriveden vaikutukselle alttiiden komponenttien määrän vähentäminen auttaa rajoittamaan yleisiä ongelmia, kuten korroosiota, biologisten organismien kiinnittymistä ja ennenaikaista kulumista.
Lisäksi huoltotyöt voidaan suorittaa veden ulkopuolella, mikä vähentää teknistä monimutkaisuutta ja lyhentää seisokkiaikaa.
Toisin kuin perinteisissä meriturbiineissa, joissa monet liikkuvat osat sijaitsevat veden alla, värähtelevässä järjestelmässä käytetään yksinkertaisempaa rakennetta. Roottorien ja siipien puuttuminen vähentää kriittisten vikakohteiden määrää ja yksinkertaistaa yleistä rakennetta ilman, että se heikentää nesteen liikkeestä saatavan energian muuntamista.
Laboratoriotestit ja tämän espanjalaisen keksinnön tehokkuus.
Testit suoritettiin hydraulikanavassa Katalonian yliopiston nesteiden ja rakenteiden vuorovaikutuksen laboratoriossa. Testien aikana sylinteri altistettiin kontrolloiduille virroille, ja akseliin kiinnitettiin sähkömagneettinen jarru mekaanisen tehon mittaamiseksi, joka tuotettiin värähtelyjen perusteella.
Tulokset osoittivat tehokertoimia, jotka olivat lähellä 15 %, mikä vastaa muiden nesteen virtauksen aiheuttamiin värähtelyihin perustuvien järjestelmien tuloksia.
Vaikka tämä luku on alhaisempi kuin hyvin suunnitelluissa meriturbiineissa, joiden tehokkuus on todellisissa olosuhteissa yleensä 25–35 %, tämä arvo saavutetaan huomattavasti yksinkertaisemmalla rakenteella.
Teknisestä näkökulmasta tämän heilurin ominaisuuksia arvioidaan paitsi maksimaalisen tehokkuuden myös tehon, luotettavuuden ja helppokäyttöisyyden välisen tasapainon kannalta. Tutkimus vahvistaa järjestelmän dynaamisen käyttäytymisen ja määrittää kvantitatiivisesti käytettävissä olevan energian kontrolloiduissa olosuhteissa, luoden perustan jatkokehitykselle.
Mihin tätä heiluria voidaan käyttää?
Järjestelmä on erityisesti suunniteltu vuorovesivirtauksiin, joissa veden liike on ennustettavaa ja vakaata. Se on myös sovellettavissa jokiin, joissa on riittävä virtaama ilman tarvetta rakentaa patoja tai johtaa vettä pois, mikä vähentää ympäristövaikutuksia. Harkitaan jopa saman periaatteen soveltamista tuulienergiassa.
Nykyiset tutkimukset keskittyvät heilurin teoreettiseen ja kokeelliseen analysointiin, eikä niihin vielä sisälly täysimittaista kaupallista kehittämistä tai yksityiskohtaista taloudellista arviointia.
Seuraavat vaiheet sisältävät energian talteenoton optimoinnin , jarruhetken säätämisen hydrodynamiikan kuormituksen mukaan ja useiden laitteiden välisen vuorovaikutuksen tutkimisen suorituskyvyn parantamiseksi pinta-alayksikköä kohti.
Käytännön sovellusten lisäksi tämä energiaa tuottava heiluri edustaa käsitteellistä muutosta. Näin ollen ilmiö, jota on historiallisesti pidetty rakenteellisena ongelmana, esitetään nyt energialähteenä.
