Како да „откључамо" и искористимо енергију таласа у океанима

Студија, коју је спровео Такахито Иида са Одељења за бродску архитектуру и океанско инжењерство на Универзитету у Осаки у Јапану, заснована је на теоријском моделирању жироскопског претварача енергије таласа (GWEC). Такав GWEC би био плутајуће тело са ротирајућим замајцем повезаним са генератором, способним да производи електричну енергију помоћу таласа који се крећу – чак и када се ти таласи мењају у смислу јачине и правца.

GWEC уређаји су и раније тестирани као модели који би могли да користе енергију таласа, али су се имали проблеме да достигну практичне нивое ефикасности због променљивости образаца „понашања" таласа из дана у дан. Ново истраживање сугерише да GWEC уређаји имају потенцијал да раде много боље ако се имплементирају на прави начин.

„Уређаји за енергију таласа често имају проблема јер се океански услови стално мењају. Међутим, жироскопски систем се може контролисати на начин који одржава високу апсорпцију енергије, чак и када се фреквенције таласа мењају", објашњава Иида.

Иновације и фина подешавања

Кључна иновација је употреба линеарне теорије таласа за израчунавање интеракција између таласа, жироскопа и плутајуће структуре у којој се налази. На основу тога, Иида је био у могућности да израчуна оптималну конфигурацију подешавања за такву машину.

Финим подешавањем брзине ротације замајца који се окреће и отпора генератора унутар жироскопа како би се ускладили са условима таласа, ови уређаји би требало да буду у стању да достигну максималну ефикасност од 50 процената – претварајући до половине енергије таласа у електричну енергију у теорији.

„Ова граница ефикасности је фундаментално ограничење у теорији енергије таласа. Узбудљиво је то што сада знамо да се може достићи преко широкопојасних фреквенција, не само у једном резонантном стању", рекао је Иида.

Другим речима, прецесија жироскопа – начин на који спољашње силе гурају објекат који се окреће – може се подесити да остане близу нивоа ефикасности од 50 процената чак и када се услови, односно природа таласа – мењају.

Иако ова посебна студија није укључивала никаква испитивања у стварном свету на води, коришћене су компјутерске симулације да би се двоструко проверио рад нових машина и испитало мноштво таласних фреквенција и таласних дужина , као и како би жироскоп могао ефикасно да реагује.

Те симулације су се поклапале са ранијом математиком, али таласи су невероватно сложени и тешко их је симулирати помоћу једначина, тако да постоје нека ограничења у прорачунима.

Када је Иида моделирао перформансе жироскопа у нагнутим и неуједначеним таласима , сличнијим онима у океану, открио је да уређај постаје мање ефикасан у случају већих таласа, иако је и даље могао да извуче пристојну количину снаге у одређеним условима.

Поред тога што користе углавном идеализоване услове таласа, ови прорачуни не узимају у обзир трошкове енергије потребне за рад жироскопа на океанским таласима, што је у суштини први корак у покушају процене одрживости ове врсте „хватања" енергије таласа.

Међутим, чак и имајући у виду та ограничења, студија нуди право охрабрење да жироскопи имају потенцијал у овој области. Иида такође напомиње да би други дизајни машина, они који су асиметрични, потенцијално могли да пређу тај „плафон" ефикасности од 50 процената – мада то тек треба да се види.

Следећи корак је физичко тестирање које је теоретски разрађено, а то је већ планирано. У не тако далекој будућности, плутајући жироскопи би могли дати значајан допринос зеленој енергетској равнотежи наше планете.

„У будућем раду истраживача, биће спроведени тестови нових модела како би се потврдила предложена теорија. Истражићемо оптималне стратегије управљања које узимају у обзир узрочност и нелинеарне одговоре GWEC-а", закључује Такахито Иида са Универзитета Осака.

Истраживање је објављено у часопису Journal of Fluid Mechanics.