U okeanskim talasima je „zaključana“ ogromna količina čiste energije i potrebno je pronaći način da je više iskoristimo. Nova studija objašnjava kako bi žiroskop koji se nalazi na površini vode mogao postići značajno povećanje efikasnosti.
Studija, koju je sproveo Takahito Iida sa Odjela 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 tijelo s rotirajućim zamajcem povezanim s generatorom, sposobnim da proizvodi električnu energiju pomoću talasa koji se kreću, čak i kada se ti talasi mijenjaju u smislu jačine i pravca.
GWEC uređaji su i ranije testirani kao modeli, ali su imali probleme s dostizanjem praktičnih nivoa efikasnosti zbog promjenjivosti talasa. Novo istraživanje sugeriše da ovi 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 mijenjaju. Međutim, žiroskopski sistem se može kontrolisati na način koji održava visoku apsorpciju energije, čak i kada se frekvencije talasa mijenjaju“, objašnjava Iida.
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 izračunao optimalnu konfiguraciju za takvu mašinu.
Finim podešavanjem brzine rotacije zamajca i otpora generatora unutar žiroskopa kako bi se uskladili s uslovima talasa, ovi uređaji bi trebali biti u stanju da dostignu maksimalnu efikasnost od 50 odsto – 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, a ne samo u jednom rezonantnom stanju“, rekao je Iida.
Iako studija nije uključivala ispitivanja u stvarnom svijetu, korištene su kompjuterske simulacije kako bi se ispitalo mnoštvo talasnih frekvencija i dužina. Ipak, talasi su nevjerovatno složeni i teško ih je simulirati pomoću jednačina, pa postoje određena 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 izvući pristojnu količinu snage.
Sljedeći korak je fizičko testiranje koje je već planirano. U skoroj budućnosti, plutajući žiroskopi bi mogli dati značajan doprinos zelenoj energetskoj ravnoteži naše planete.
„U budućem radu istraživača, bit će provedeni testovi novih modela kako bi se potvrdila predložena teorija. Istražit ćemo optimalne strategije upravljanja koje uzimaju u obzir uzročnost i nelinearne odgovore GWEC-a“, zaključuje Iida.
Istraživanje je objavljeno u stručnom časopisu Journal of Fluid Mechanics.