ربما اكتشف العلماء كيفية إطلاق طاقة أمواج المحيط: ScienceAlert

هناك كمية هائلة من الطاقة النظيفة محبوسة في داخلنا أمواج المحيط، لو تمكنا فقط من إيجاد طريقة لتسخير المزيد منه. تشرح دراسة جديدة كيف يمكن للجيروسكوب الموجود على سطح الماء أن يحقق زيادات ملحوظة في الكفاءة.

تعتمد الدراسة التي أجراها تاكاهيتو إيدا من قسم الهندسة البحرية وهندسة المحيطات بجامعة أوساكا في اليابان، على النمذجة النظرية لمحول طاقة الأمواج الجيروسكوبية (GWEC).

سيكون مثل هذا النظام عبارة عن جسم عائم به دولاب موازنة دوار مثبت بالداخل، ومتصل بمولد، قادر على إنتاج الكهرباء من خلال قذف الأمواج ودورانها – حتى مع تغير تلك الموجات في القوة والاتجاه.

تحتوي أجهزة GWEC هذه على تم اختبارها سابقا كطرق لإطلاق طاقة الأمواج، لكنها كافحت للوصول إلى مستويات عملية من الكفاءة بسبب تباين أنماط الموجات من يوم لآخر. يشير هذا البحث الجديد إلى أن GWECs لديها القدرة على الأداء بشكل أفضل بكثير إذا تم تنفيذها بالطريقة الصحيحة.

“أجهزة الطاقة الموجية غالباً ما تعاني لأن ظروف المحيطات تتغير باستمرار” يقول إيدا. “ومع ذلك، يمكن التحكم في النظام الجيروسكوبي بطريقة تحافظ على امتصاص الطاقة العالية، حتى مع اختلاف ترددات الموجات.”

الابتكار الرئيسي الموضح هنا هو استخدام نظرية الموجة الخطية لحساب التفاعلات بين الموجات والجيروسكوب والبنية العائمة الموجودة بداخله. ومن هناك، تمكنت Iida من حساب تكوين الإعداد الأمثل لمثل هذا الجهاز.

من خلال الضبط الدقيق لسرعة دوران دولاب الموازنة الدوار ومقاومة المولد داخل الجيروسكوب لتتناسب مع ظروف الموجة، يجب أن تكون هذه الأجهزة قادرة على تحقيق كفاءة تصل إلى 50 بالمائة كحد أقصى – تحويل ما يصل إلى نصف طاقة الموجة في الكهرباء من الناحية النظرية.

“إن حد الكفاءة هذا يمثل عائقًا أساسيًا في نظرية الطاقة الموجية” يقول إيدا. “الأمر المثير هو أننا نعلم الآن أنه يمكن الوصول إليه عبر ترددات النطاق العريض، وليس فقط في حالة رنين واحدة.”

وبعبارة أخرى، أ مبادرة الجيروسكوب – الطريقة التي تدفع بها القوى الخارجية جسمًا يدور – يمكن ضبطها لتظل قريبة من مستوى الكفاءة بنسبة 50 بالمائة حتى مع تغير ظروف الموجة.

على الرغم من أن هذه الدراسة بالذات لم تتضمن أي اختبار حقيقي على الماء، فقد تم استخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية أيضًا للتحقق مرة أخرى من العمل وفحص العديد من العوامل. ترددات الموجات والأطوال الموجيةوكيف يمكن أن يتفاعل الجيروسكوب.

تتوافق عمليات المحاكاة هذه مع الرياضيات السابقة، لكن الموجات معقدة بشكل لا يصدق ويصعب محاكاتها باستخدام المعادلات، لذلك هناك بعض القيود على الحسابات.

عندما قامت إيدا بتصميم نموذج لأداء الجيروسكوب في موجات غير متوازنة وغير متساويةمثل تلك الموجودة في المحيط، وجد أن الجهاز أصبح أقل كفاءة في الأمواج الأكبر، على الرغم من أنه لا يزال بإمكانه استخراج قدر لا بأس به من الطاقة في ظروف معينة.

بالإضافة إلى استخدام ظروف الموجة المثالية في الغالب، فإن هذه الحسابات لا تأخذ في الاعتبار تكلفة الطاقة لتشغيل الجيروسكوب فعليًا على أمواج المحيط. وهذه خطوة أولى في محاولة تقييم مدى جدوى هذا النوع من التقاط طاقة الموجات.

ومع ذلك، حتى مع أخذ هذه القيود في الاعتبار، فإن الدراسة تقدم تشجيعًا حقيقيًا على أن الجيروسكوبات لديها إمكانات في هذا المجال. ويشير إيدا أيضًا إلى أن تصميمات الآلات الأخرى، تلك غير المتماثلة، يمكن أن تتجاوز سقف الكفاءة بنسبة 50%، على الرغم من أن هذا لا يزال يتعين رؤيته.

متعلق ب: دراسة تحذر من تضاعف اختلال توازن الطاقة على الأرض خلال عقدين من الزمن

الخطوة التالية هي إجراء بعض الاختبارات للفيزياء التي تم تنظيرها هنا، والتي تم التخطيط لها بالفعل. وفي المستقبل غير البعيد، يمكن أن تقدم الجيروسكوبات العائمة مساهمات كبيرة لكوكبنا توازن الطاقة الخضراء.

“في العمل المستقبلي، سيتم إجراء اختبارات نموذجية للتحقق من صحة النظرية المقترحة.” يكتب إيدا في ورقته المنشورة. “علاوة على ذلك، سوف نستكشف استراتيجيات التحكم المثلى التي تأخذ في الاعتبار السببية والاستجابات غير الخطية لـ GWEC.”

وقد تم نشر البحث في مجلة ميكانيكا الموائع.