Энергетики призовут хаос воды на альтернативную службу
Из любой ситуации возможно извлечь пользу. Это отнюдь не нравоучение, но подсмотренный у природы основной закон: в случае если где-то убыло, значит, в другом месте прибыло. Руководствуясь этим принципом, американцы решили применять для производства электричества турбулентность воды, с которой много лет борются прочие владельцы и нефтяники сооружений в открытом море.
Поведение жидкостей возможно двух типов – спокойным и неупорядоченным. Первый из них, конечно, существует по большей части как теоретическая абстракция, а на практике каждые течения характеризуются относительной хаотичностью, проявляющейся а также в непредсказуемых завихрениях.
Руководить турбулентностью воды – дело непростое, потому, что уследить за «пульсациями» в каждой конкретной точке решительно нереально. Но какие-то статистические описания этого процесса имеется, и их уже давно пробуют применять в конкретных приложениях.
Вибрации, вызванные завихрениями воды (vortex induced vibration), как бы легко подталкивают вверх-вниз цилиндр, расположенный перпендикулярно направлению течения. Дополнительно в «хвосте турбулентности» возмущения следующих цилиндров ещё более усиливаются (иллюстрация Vortex Hydro Energy).
Необходимо это вот для чего. В то время, когда морские потоки огибают округлые препятствия, к примеру опоры плавучих буровых платформ либо телекоммуникационные кабели, появляются маленькие, но множественные мини-водовороты.
Они неспешно «рассасываются», но энергия их уходит а также в вибрацию подводной части сооружений, тем самым неспешно её разрушая. Эксперты уже давно бьются над данной проблемой, разрабатывая разнообразные противовесы и гасители колебаний. И это им – с переменным успехом – удаётся.
Но учёные из университета Мичигана (University of Michigan) под управлением Майкла Берницаса (Michael M. Bernitsas), продолжительное время изучавшие неспокойный гидродинамический феномен, решили перевоплотить его из головной боли в источник энергии – путём преобразования механических колебаний в электричество.
«Около четырёх лет назад меня как будто бы осенило: а ведь возможно извлекать энергию из вибраций! — поясняет доктор наук Берницас. – Со времён Леонарда да Винчи, что первым замечал данный эффект в 1504 году, никто не вспоминал над возможностью его применения на практике».
Разработка стала называться VIVACE (Vortex Induced Vibrations Aquatic Clean Energy). До тех пор пока она опробована только в лабораторных условиях (иллюстрация Vortex Hydro Energy).
С самооценкой у американца никаких неприятностей совершенно верно нет. Мысль показалась ему такой удачной, что с целью её монетизации он создал компанию Vortex Hydro Energy.
Стоит признать, что партнёры у Vortex достаточно важные — Министерство энергетики (DoE) и Управление военно-морских изучений США (Office of Naval Research). По крайней мере, в случае если делать выводы по данным, представленной на сайте компании.
Заинтересованность «альтернативой» специальных служб и военных, денно и нощно пекущихся о нацбезопасности, ясна. А также вероятное падение стоимости одного бареля нефти до «комфортного» уровня (а с пиковых значений летом этого года цена барреля упала более чем вдвое – до $60) – делу не помеха.
Согласно точки зрения американцев, их изобретение тянет на «новый источник дешёвой энергии». Похоже, кое-кто им поверил: Национальный фонд науки США (NSF) выделил Vortex $2 миллиона на изучение подводных завихрений.
На иллюстрации видны перемещения цилиндра под действием турбулентности (иллюстрация Vortex Hydro Energy).
Бюджеты-то уже освоены. Да и возможности вправду имеется: специалисты из Ассоциации по продвижению морских возобновляемых источников энергии (OREC) подсчитали (PDF-документ), что океанические течения смогут обеспечить до 10% ежегодной потребности американцев в электричества.
А потому, что США – четверть мирового потребления, ясно, что «подводные» разработки смогут быть достаточно актуальнымии для других стран с протяжённой береговой территорией. В Англии, например, этим уже деятельно пользуются.
По большому счету говоря, сейчас отмечается большая активизация разработок в данной области. Для преобразования механической энергии волн были предложены самые немыслимые схемы: это и «классические» подводные турбины, и ахимедовы буи, и металлические водоросли, а также такие фантастические сооружения, как австралийский Oceanlinx, построенный в 2004 году.
В Oceanlinx, похожем на огромную морскую сирену, употребляется пара другой принцип: колебания воды толкают (либо втягивают) воздушное пространство, что, со своей стороны, приводит в воздействие двустороннюю турбину. А уж дальше всё по стандартной схеме – как у простых ветрогенераторов (иллюстрации с сайтов hawaiibusiness.com, typepad.com, rise.org.au).
Настоящего успеха, но, добились немногие. Правильнее, это удалось только компании Pelamis Wave Power, которая в последних числахОктября нынешнего года ввела в строй первую в мире волновую электростанцию мощностью 2,25 мегаватта (этого хватает на 1600 домов) у берегов Португалии. Остальным проектам до тех пор пока повезло меньше, и они не продвинулись дальше лабораторной либо кроме того проектной стадии.
Одной из главных неприятностей являются естественные ограничения по применению: дабы подводные мельницы трудились, скорость потока должна быть не ниже определённого уровня. В соответствии с изучению, размещённому в издании Environmental Health Perspectives, пороговое значение образовывает шесть узлов (около 11 км/ч). Одновременно с этим скорость большей части морских течений образовывает менее трёх узлов.
Как раз относительную независимость новой разработке от этого ответственного параметра разработчики из Vortex вычисляют своим главным достижением.
Диаметр «буя» – всего пара дюймов. На протяжении верхней кромки — необычные плавники, усиливающие турбулентность (иллюстрация Vortex Hydro Energy).
«Гидрокинетической энергии большое количество, но забрать её у океана не так-то легко. Моё устройство разрешит это делать при скорости около одного узла», — утверждает доктор наук Берницас.
Прототип подводной электростанции является площадкойиз цилиндрических колебательных перекладин, расположенных горизонтально и особенным образом закреплённых. Завихрения, появляющиеся при обтекании, передаются на вертикальные опорные колонны при помощи вибраций.
Потом механическая энергия сжатия преобразуется в электричество – посредством роторного или линейного генератора (в последнем употребляются подвижные магниты).
Такое устройство и снабжает бoльшую энергоэффективность в сравнении с «прямолинейными» турбинами. К примеру, при скорости течения 3 узла совокупность VIVACE из одного кубического метра воды извлекает 50 ватт, тогда как на Pelamis данный показатель образовывает 21 ватт. А первые лабораторные опробования были удачно совершены при скорости 1,6 узла (0,8 м/с).
На данный момент инженеры из Vortex трудятся над увеличением эффективности отдельных компонентов совокупности, в целом полагая, что она «в полной мере пригодна к применению». Но, согласно точки зрения экспертов из Университета изучений электроэнергии (Electric Power Research Institute), эта разработка до тех пор пока сыровата и находится «на весьма ранней стадии».
Майкла Берницаса это не смущает, но озадачивает бюрократия: «Нужно пройти от 20 до 25 разных инстанций, чтобы получить все согласования». Оказывается, работы, которые связаны с гидросооружениями, в Соединенных Штатах попадают под весьма твёрдое регулирование.
Не обращая внимания на все сложности, американцы сохраняют надежду запустить первую рабочую электростанцию на реке Детройт уже в 2009 году.
