Kako da „otključamo" i iskoristimo energiju talasa u okeanima

Studija, koju je sproveo Takahito Iida sa Odeljenja za brodsku arhitekturu i okeansko inženjerstvo na Univerzitetu u Osaki u Japanu, zasnovana je na teorijskom modeliranju žiroskopskog pretvarača energije talasa (GWEC). Takav GWEC bi bio plutajuće telo sa rotirajućim zamajcem povezanim sa generatorom, sposobnim da proizvodi električnu energiju pomoću talasa koji se kreću – čak i kada se ti talasi menjaju u smislu jačine i pravca.

GWEC uređaji su i ranije testirani kao modeli koji bi mogli da koriste energiju talasa, ali su se imali probleme da dostignu praktične nivoe efikasnosti zbog promenljivosti obrazaca „ponašanja" talasa iz dana u dan. Novo istraživanje sugeriše da GWEC uređaji imaju potencijal da rade mnogo bolje ako se implementiraju na pravi način.

„Uređaji za energiju talasa često imaju problema jer se okeanski uslovi stalno menjaju. Međutim, žiroskopski sistem se može kontrolisati na način koji održava visoku apsorpciju energije, čak i kada se frekvencije talasa menjaju", objašnjava Iida.

Inovacije i fina podešavanja

Ključna inovacija je upotreba linearne teorije talasa za izračunavanje interakcija između talasa, žiroskopa i plutajuće strukture u kojoj se nalazi. Na osnovu toga, Iida je bio u mogućnosti da izračuna optimalnu konfiguraciju podešavanja za takvu mašinu.

Finim podešavanjem brzine rotacije zamajca koji se okreće i otpora generatora unutar žiroskopa kako bi se uskladili sa uslovima talasa, ovi uređaji bi trebalo da budu u stanju da dostignu maksimalnu efikasnost od 50 procenata – pretvarajući do polovine energije talasa u električnu energiju u teoriji.

„Ova granica efikasnosti je fundamentalno ograničenje u teoriji energije talasa. Uzbudljivo je to što sada znamo da se može dostići preko širokopojasnih frekvencija, ne samo u jednom rezonantnom stanju", rekao je Iida.

Drugim rečima, precesija žiroskopa – način na koji spoljašnje sile guraju objekat koji se okreće – može se podesiti da ostane blizu nivoa efikasnosti od 50 procenata čak i kada se uslovi, odnosno priroda talasa – menjaju.

Iako ova posebna studija nije uključivala nikakva ispitivanja u stvarnom svetu na vodi, korišćene su kompjuterske simulacije da bi se dvostruko proverio rad novih mašina i ispitalo mnoštvo talasnih frekvencija i talasnih dužina , kao i kako bi žiroskop mogao efikasno da reaguje.

Te simulacije su se poklapale sa ranijom matematikom, ali talasi su neverovatno složeni i teško ih je simulirati pomoću jednačina, tako da postoje neka ograničenja u proračunima.

Kada je Iida modelirao performanse žiroskopa u nagnutim i neujednačenim talasima , sličnijim onima u okeanu, otkrio je da uređaj postaje manje efikasan u slučaju većih talasa, iako je i dalje mogao da izvuče pristojnu količinu snage u određenim uslovima.

Pored toga što koriste uglavnom idealizovane uslove talasa, ovi proračuni ne uzimaju u obzir troškove energije potrebne za rad žiroskopa na okeanskim talasima, što je u suštini prvi korak u pokušaju procene održivosti ove vrste „hvatanja" energije talasa.

Međutim, čak i imajući u vidu ta ograničenja, studija nudi pravo ohrabrenje da žiroskopi imaju potencijal u ovoj oblasti. Iida takođe napominje da bi drugi dizajni mašina, oni koji su asimetrični, potencijalno mogli da pređu taj „plafon" efikasnosti od 50 procenata – mada to tek treba da se vidi.

Sledeći korak je fizičko testiranje koje je teoretski razrađeno, a to je već planirano. U ne tako dalekoj budućnosti, plutajući žiroskopi bi mogli dati značajan doprinos zelenoj energetskoj ravnoteži naše planete.

„U budućem radu istraživača, biće sprovedeni testovi novih modela kako bi se potvrdila predložena teorija. Istražićemo optimalne strategije upravljanja koje uzimaju u obzir uzročnost i nelinearne odgovore GWEC-a", zaključuje Takahito Iida sa Univerziteta Osaka.

Istraživanje je objavljeno u časopisu Journal of Fluid Mechanics.