Zbieranie energii z oceanu

Badacze z SRI Międzynarodowy , z siedzibą w Menlo Park w Kalifornii, niedawno zakończył pierwsze testy oceaniczne systemu, który wykorzystuje tak zwane sztuczne mięśnie do generowania energii z ruchu boi poruszającej się w górę iw dół po falach. Chociaż prototyp wytwarza bardzo mało energii elektrycznej, naukowcy twierdzą, że oparte na tej technologii farmy fal mogą ostatecznie konkurować z turbinami wiatrowymi pod względem mocy wyjściowej, zapewniając znaczące źródło czystej energii.

Moc fali: Boja, która generuje energię elektryczną z ruchu fal. Przezroczysty cylinder pośrodku boi (patrz zdjęcie na dole) zawiera rolkę gumopodobnego materiału, który rozciąga się i kurczy, gdy boja podskakuje w górę iw dół, oddzielając i łącząc elektrody.

Technologia ujarzmienia energii oceanu już istnieje, ale nie została powszechnie przyjęta, głównie dlatego, że ma problemy z wytrzymaniem uderzeń fal. Nowy system może okazać się zarówno tańszy, jak i bardziej niezawodny - twierdzą naukowcy.

Wcześniejsze systemy wykorzystywały bardziej konwencjonalne urządzenia elektromagnetyczne, takie jak dynama ze złożonymi przekładniami, tłoki hydrauliczne i turbiny. Zwłaszcza koła zębate przekładni są podatne na zużycie w wyniku nieregularnych fal oceanicznych.

W przeciwieństwie do tego system SRI to niewiele więcej niż arkusz gumy przymocowany do ciężarka. Ma mechaniczną złożoność gumki, mówi starszy badacz SRI, Roy Kornbluh. W konsekwencji lepiej absorbuje wstrząsy fal, mówi Józef Bar-Cohen , starszy naukowiec w NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii. Co więcej, dodaje Bar-Cohen, materiały, z których wykonany jest system, są tanie, co może pomóc konkurować ceną z innymi źródłami energii elektrycznej.

Multimedia

• Wideo: boja mocy

System oparty na polimerach w sercu nowego generatora jest odmianą sztucznego mięśnia – urządzenia opracowanego jako alternatywa dla silników elektrycznych w zastosowaniach takich jak roboty. Sztuczny mięsień rozszerza się lub kurczy pod wpływem napięcia, ale ten sam proces może działać w odwrotny sposób: jeśli mięsień jest rozciągany przez siłę zewnętrzną, może generować energię elektryczną. Kilka lat temu firma SRI opracowała małe urządzenie, które, osadzone w pięcie buta, umożliwiało użytkownikowi ładowanie telefonu komórkowego po prostu chodząc. System zbierania fal jest w zasadzie większą wersją tej samej technologii.

Naukowcy z SRI zbudowali generator, umieszczając dostępny w handlu materiał gumowy między dwiema elektrodami, które same są wykonane z tłustego polimeru zawierającego materiały przewodzące. Gumowy arkusz i elektrody są następnie zwijane jak zwój, tworząc pustą rurkę. Kiedy rurka jest ciągnięta przez siłę zewnętrzną, warstwa gumy jest cienko rozciągana, zmniejszając szczelinę między elektrodami. Początkowo mała bateria przykłada napięcie do elektrod; kiedy guma wraca do swojego pierwotnego kształtu, odpycha elektrody od siebie, zwiększając napięcie między nimi. Nadmiar energii można odprowadzić, aby wygenerować prąd. Część tego prądu wraca do systemu, więc bateria jest używana tylko w pierwszym cyklu.

Naukowcy niedawno przetestowali system u wybrzeży Florydy. Kilka metrów kwadratowych gumy zwiniętej w kształt pustej rurki zostało przymocowane do obciążnika i zamontowane pośrodku boi. Gdy boja kołysze się w wodzie, ciężar podnosi się i opada, wielokrotnie rozciągając gumę i umożliwiając jej odbicie, generując prąd.

Jak dotąd ten prototyp wytwarza tylko około pięciu watów mocy, co wystarczy na małą żarówkę. Ale ponieważ guma jest cienka – około 0,1 milimetra – można ją zwinąć znacznie więcej i nadal zmieścić w tej samej bojce. Kornbluh mówi, że wiązka gumy o długości około metra i grubości pół metra, ze zoptymalizowaną elektroniką i ulepszoną konstrukcją boi, może generować kilowat energii elektrycznej. Ciąg boi lub większych konstrukcji pływających może wówczas generować znaczne ilości energii elektrycznej. (Tysiąc boi może zasilać około 750 domów). Alternatywny projekt może obejmować zanurzone arkusze gumy, które wytwarzają energię, gdy siła prądów lub pływów sprawia, że ​​trzepoczą w przód iw tył. Taki system może okazać się bardziej odporny niż turbiny używane ostatnio w East River w Nowym Jorku: ich mechaniczne części okazały się niezdolne do wytrzymania sił pływowych.

System SRI wytwarza wysokie napięcia w zakresie kilowolta. To był problem z generatorem butów, który wymagał transformatora, aby zmniejszyć napięcie na tyle, że nie usmaży telefonów komórkowych i innych urządzeń, ale nadal musiał zmieścić się w bucie. Ale w przypadku boi, wysokie napięcie jest zaletą, ponieważ sprawia, że ​​przesyłanie energii elektrycznej z powrotem na brzeg za pomocą kabli podwodnych jest bardziej wydajne. Naukowcy twierdzą, że głównym wyzwaniem w przyszłości jest opracowanie niezawodnego procesu produkcyjnego. Ostatnie testy systemu podkreśliły również znaczenie zaprojektowania nowych boi, które reagują na fale w najlepszy sposób generowania energii. I będą musieli zaprojektować elektronikę, która, zmieniając napięcie w polimerze, będzie w stanie modyfikować sztywność systemu, aby dostosować się do różnych warunków pogodowych.

Pierwsze komercyjne zastosowania systemu będą prawdopodobnie dotyczyć systemów do zasilania nawigacji, komunikacji i boi z czujnikami, a te mogą pojawić się w ciągu dwóch lat, szacuje Kornbluh. Ale może upłynąć od pięciu do dziesięciu lat, zanim system będzie mógł zostać przystosowany do wytwarzania energii elektrycznej na dużą skalę.

To bardzo ekscytujące, mówi Ray Baughman , profesor chemii na University of Texas w Dallas. To obiecujący kierunek pozyskiwania energii, nie tylko dla zdalnych urządzeń w oceanie, ale być może także dla pozyskiwania energii na większą skalę.

ukryć