Energia wirów pod obserwacją

Energia wirów pod obserwacją

Spokojne prądy oceanów oraz rzek mogą stać się nowym źródeł energii. Inżynier z Uniwersytetu w Michigan skonstruował urządzenie, które na wzór ryby przekształca zawirowania w przepływach cieczy w energię elektryczną.

Wynalazek nazywa się VIVACE i jest pierwszym urządzeniem, które czerpie energię z prądów o prędkości zaledwie 2 węzłów (około 3 kilometrów na godzinę). Jest to o tyle istotne, że większość prądów wodnych na Ziemi ma prędkość poniżej 3 węzłów. Dla porównania, turbiny do efektywnej pracy wymagają co najmniej 5 do 6 węzłów.

VIVACE wykorzystuje energię wirów. Wiry mogą być wytwarzane np. przy opływaniu okrągłych, bądź cylindrycznych obiektów. Obecność obcych obiektów powoduje powstawanie zmian w prędkościach prądów, a w dalszej konsekwencji formowanie się wirów. Takie wiry ciągną i pchają obiekt w dół i w górę, w lewo i w prawo, prostopadle do prądu.

Tego rodzaje wibracje przewróciły w 1940 roku most Tacoma Narrows w Washington, a 1965 również wieże chłodnicze w elektrowni Ferrybridge w Anglii. W wodzie, wibracje te regularnie powodują powstawanie uszkodzeń w dokach, platformach wiertniczych, czy budynkach przybrzeżnych.

„Przez ostatnie 25 lat, inżynierowie, w tym i ja, starali się wygaszać wibracje powodowane przez wiry.” – powiedział Michael Bernitsas, profesor U-M Department of Naval Architecture and Marine Engineering, twórca VIVACE. „Teraz robimy coś zupełnie przeciwnego. Wzmacniamy te wibracje i wykorzystujemy je.” – dodał.

„VIVACE kopiuje elementy ‘rybiej’ technologii.” – stwierdził Bernitsas. „Ryba skręca swoje ciało, by ślizgać się pomiędzy wirami tworzonymi przez ryby płynące przed nią. Sama siła mięśni nie pozwoliłaby rozwijać takich prędkości, więc ryby pływają w swoich śladach.” – dodał.

Choć obecna generacja urządzenia Bernitsasa w niczym nie przypomina ryby, przekonuje on, że w przyszłości będzie ono wyposażone w ‘rybi’ ogon oraz skórę. Prototyp działający w laboratorium składa się z jednego gładkiego cylindra przymocowanego do sprężyn. Cylinder wisi poziomo w poprzek prądu wody w pojemniku wielkości przyczepy. Woda w pojemniku płynie z prędkością 1,5 węzła.

Obecność cylindra w płynącej wodzie powoduje zakłócenia wirów, które powstają powyżej i poniżej cylindra. Powstałe wiry pchają i ciągną cylinder w górę i w dół na sprężynach, tworząc w ten sposób energię mechaniczną. Pozostaje już tylko przekształcić energię mechaniczną w elektryczną.

Zaledwie klika cylindrów mogłoby wystarczyć, według Bernitsasa do zasilenia zakotwiczonego statku, czy latarni morskiej. Szacuje on, że macierz konwerterów VIVACE wielkości bieżni i wysokości dwóch pięter mógłby zasilić około 100 tysięcy domów. Taka macierz mogłaby leżeć na dnie rzeki, albo unosić się zawieszona w wodzie. W całości byłaby jednak zanurzona.

Dzięki temu, że oscylacje VIVACE byłyby powolne, w odróżnieniu od tam, czy turbin, nie powinny wyrządzać krzywdy faunie.

Bernitsas twierdzi, że koszt energii z systemu VIVACE wynosiłby około 5.5 centa za kilowatogodzinę. Dla porównania, energia wiatrowa kosztuje w stanach obecnie około 7 centów, nuklearna 4.6 centa, a solarna pomiędzy 16 a 48 centów za kilowatogodzinę.

„Nie będzie jednego rozwiązania dla całej światowej energetyki.” – powiedział Bernitsas. „Jednakże gdyby udało nam się okiełznać 0,1 procenta energii drzemiącej w oceanach, moglibyśmy zasilić energią elektryczną 15 miliardów ludzi.”

Naukowcy przygotowali analizę techniczno-ekonomiczną celowości realizacji, która zakłada, że urządzenie mogłoby czerpać energię z rzeki Detroit. W przeciągu najbliższych 18 miesięcy zamierzają uruchomić program pilotażowy.

(lk)