Τα κύματα του ωκεανού αποτελούν μία από τις μεγαλύτερες και πιο συνεπείς πηγές ανανεώσιμης ενέργειας στη Γη. Παρά την υπόσχεσή τους, η μετατροπή της κίνησης των κυμάτων σε αξιοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια έχει αποδειχθεί δύσκολη. Οι περισσότερες υπάρχουσες συσκευές κυματικής ενέργειας λειτουργούν καλά μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες κύματος, περιορίζοντας την αποτελεσματικότητά τους στο συνεχώς μεταβαλλόμενο περιβάλλον της ανοιχτής θάλασσας. Αυτή η πρόκληση έχει οδηγήσει τους ερευνητές στην αναζήτηση πιο προσαρμόσιμων και αποδοτικών τεχνολογιών.
O μετατροπέας της ενέργειας των κυμάτων
Ένας ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Οσάκα εξέτασε προσεκτικά μια νέα προσέγγιση γνωστή ως γυροσκοπικός μετατροπέας ενέργειας κυμάτων (GWEC). Η μελέτη αξιολόγησε εάν αυτός ο σχεδιασμός θα μπορούσε ρεαλιστικά να υποστηρίξει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν αυτόν τον μήνα στο Journal of Fluid Mechanics.
Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά συστήματα, το GWEC βασίζεται σε έναν περιστρεφόμενο σφόνδυλο που στεγάζεται μέσα σε μια πλωτή πλατφόρμα. Καθώς η δομή κινείται με τα κύματα, ο περιστρεφόμενος σφόνδυλος μετατρέπει αυτήν την κίνηση σε ηλεκτρική ενέργεια. Επειδή ο σφόνδυλος λειτουργεί ως γυροσκόπιο, η συμπεριφορά του μπορεί να ρυθμιστεί για να συλλαμβάνει αποτελεσματικά την ενέργεια σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων κυμάτων αντί να περιορίζεται σε μια στενή ζώνη.
Πώς η Γυροσκοπική Μετάπτωση Παράγει Ηλεκτρική Ενέργεια
Το σύστημα λειτουργεί εκμεταλλευόμενο τη γυροσκοπική μετάπτωση, η οποία συμβαίνει όταν ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο αντιδρά σε μια εξωτερική δύναμη. Όταν τα κύματα προκαλούν την κίνηση της πλωτής πλατφόρμας προς τα πάνω και προς τα κάτω, ο περιστρεφόμενος σφόνδυλος μετατοπίζει τον προσανατολισμό του μέσω της μετάπτωσης (αλλάζοντας την κατεύθυνση στην οποία περιστρέφεται). Αυτή η κίνηση συνδέεται με μια γεννήτρια, επιτρέποντας στη συσκευή να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
"Οι συσκευές κυματικής ενέργειας συχνά δυσκολεύονται επειδή οι συνθήκες των ωκεανών αλλάζουν συνεχώς", λέει ο Takahito Iida, συγγραφέας της μελέτης. "Ωστόσο, ένα γυροσκοπικό σύστημα μπορεί να ελεγχθεί με τρόπο που διατηρεί υψηλή απορρόφηση ενέργειας, ακόμη και όταν οι συχνότητες των κυμάτων ποικίλλουν."
Μοντελοποίηση Μέγιστης Ενεργειακής Απόδοσης Κυμάτων
Για να κατανοήσει καλύτερα πώς συμπεριφέρεται το σύστημα, ο ερευνητής χρησιμοποίησε τη γραμμική θεωρία κυμάτων για να μοντελοποιήσει την αλληλεπίδραση μεταξύ των κυμάτων των ωκεανών, της πλωτής δομής και του γυροσκοπίου. Αναλύοντας αυτές τις συνδεδεμένες δυναμικές, η ομάδα εντόπισε τις ιδανικές ρυθμίσεις για την ταχύτητα περιστροφής του σφονδύλου και τα χειριστήρια της γεννήτριας. Η ανάλυση έδειξε ότι, όταν συντονίζεται σωστά, το GWEC μπορεί να φτάσει τη θεωρητική μέγιστη απόδοση απορρόφησης ενέργειας του μισού σε οποιαδήποτε συχνότητα κύματος.
«Αυτό το όριο απόδοσης είναι ένας θεμελιώδης περιορισμός στη θεωρία της κυματικής ενέργειας», εξηγεί η Iida. «Αυτό που είναι συναρπαστικό είναι ότι τώρα γνωρίζουμε ότι μπορεί να επιτευχθεί σε όλες τις ευρυζωνικές συχνότητες, όχι μόνο σε μία μόνο συντονισμένη συνθήκη».
Προσομοιώσεις Επιβεβαιώνουν την Απόδοση στον Πραγματικό Κόσμο
Τα ευρήματα ελέγχθηκαν περαιτέρω μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων τόσο στον τομέα της συχνότητας όσο και στον τομέα του χρόνου. Πρόσθετες προσομοιώσεις στον τομέα του χρόνου ενσωμάτωσαν επίσης μη γραμμική γυροσκοπική συμπεριφορά για να διερευνήσουν πιθανά όρια απόδοσης. Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι η συσκευή διατηρεί ισχυρή απόδοση κοντά στη συχνότητα συντονισμού της, πράγμα που σημαίνει ότι αποδίδει καλύτερα όταν η κίνησή της ευθυγραμμίζεται με τον φυσικό ρυθμό των κυμάτων.
Διευκρινίζοντας τον τρόπο βελτιστοποίησης των παραμέτρων λειτουργίας του γυροσκοπίου, η έρευνα προσφέρει πρακτική καθοδήγηση για την κατασκευή πιο ευέλικτων και αποδοτικών συστημάτων κυματικής ενέργειας. Καθώς ο κόσμος αναζητά αξιόπιστες λύσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την επίτευξη των κλιματικών στόχων, καινοτομίες όπως αυτή θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αξιοποίηση της τεράστιας, σε μεγάλο βαθμό αχρησιμοποίητης ενέργειας που αποθηκεύεται στους ωκεανούς.
www.worldenergynews.gr
