Такахито Иида показал, как гироскоп повысил эффективность извлечения энергии волн

Океан скрывает огромные ресурсы энергии, и новое исследование показывает, как гироскоп на поверхности воды может значительно повысить её извлечение. Результаты опубликованы в журнале Journal of Fluid Mechanics.

Работу провел Такахито Иида с кафедры кораблестроения и океанотехники Университета Осаки. В центре исследования находится теоретическое моделирование гироскопического преобразователя волновой энергии (GWEC). Конструкция устройства представляет собой плавающее тело с маховиком внутри, соединенным с генератором. Колебания волн заставляют маховик вращаться, и генератор преобразует эту энергию в электричество, даже при изменении силы и направления волн.

Ранее тестируемые устройства GWEC не демонстрировали высокой эффективности из-за постоянных изменений волновых паттернов. Новое исследование показывает, что правильная настройка системы позволяет улучшить работу устройства.

«Энергопоглотители часто сталкиваются с проблемами из-за переменчивости океанических условий, — отмечает Иида. — Гироскопическая система позволяет поддерживать высокую эффективность даже при изменении частоты волн».

Ключевое новшество исследования — это применение линейной волновой теории для расчета взаимодействия волн, гироскопа и плавучей платформы. Это позволило определить оптимальные параметры конструкции. Настройка скорости вращения маховика и сопротивления генератора в соответствии с волновыми условиями позволяет достигать теоретического предела эффективности около 50 процентов, превращая почти половину энергии волны в электричество.

«Этот предел является фундаментальным ограничением теории волновой энергии, — говорит Иида. — Важно, что его можно достигать в широком диапазоне частот, а не только при резонансе». Прецессию гироскопа, то есть реакцию на внешние силы, можно настроить так, чтобы эффективность оставалась близкой к 50 процентам даже при изменении волн. Хотя реальные испытания на воде не проводились, компьютерное моделирование позволило проверить работу устройства на разных частотах и длинах волн. Результаты совпали с математическими расчетами, однако сложность океанических волн ограничивает точность моделирования. При моделировании работы гироскопа на неровных и несбалансированных волнах эффективность снижалась на больших волнах, но устройство всё еще способно извлекать заметное количество энергии.

Расчеты проводились в основном для идеализированных условий и не учитывали энергозатраты на работу гироскопа в океане. Это лишь первый этап оценки практической возможности извлечения энергии волны с помощью GWEC.

Иида отмечает, что другие конструкции, включая асимметричные устройства, могут потенциально превысить 50-процентный предел эффективности, хотя это пока требует дальнейших исследований.

Следующий шаг — проверка теоретических выводов на практике. Плавающие гироскопы могут стать значимым элементом экологически чистой энергетики.

«Будут проведены модельные тесты для проверки теории, — пишет Иида. — Также изучим оптимальные стратегии управления с учетом причинно-следственных связей и нелинейных откликов GWEC».

Читайте также: