Български учени разработват усъвършенствани методи за преобразуване на възобновяема морска енергия – Новини

Около 70% от повърхността на Земята е покрита с вода и в продължение на много години учени по целия свят търсят начини за ефективно използване на огромния природен ресурс на енергия. Във връзка с продължаващите климатични промени, както и с разширяването на човечеството в морските територии, Европейската комисия финансира изследвания в областта на декарбонизацията на морския транспорт. Учени от цял ​​свят търсят решения за ефективно използване на възобновяемата енергия в морския транспорт.

Три уникални технологии за преобразуване на естествена енергия са представени от учени от Центъра по хидро- и аеродинамика на Института по металургия, оборудване и технологии на БАН.:

  • нови вълнови преобразуватели на енергия;
  • нови преобразуватели на енергия от реки и океански течения;
  • квантова тяга

1. Преобразуватели на енергия от нова вълна

Целта на технологията е да се използват пасивни спомагателни системи за задвижване, които значително ще намалят разходите за гориво и вредните емисии на корабите с конвенционални двигатели с вътрешно горене.

Основната идея е да се използва енергията, въведена от вълните на издигането на кораба, докато вълната се движи, за да се създаде допълнителна тяга и / или електричество.

Използването на вълновата енергия за генериране на електричество не е нова идея. Иновацията на това развитие се крие във факта, че вместо да се изграждат нови специализирани плаващи конструкции за производство на енергия, технологията може да се използва на конвенционални кораби, което ще улесни нейното приложение. Учените предлагат да се използва помпено решение за директно преобразуване на хиляди тонове генерирани инерционни сили. от вертикални вибрации на кораба, в хоризонталната сила на движение. Този подход ще избегне загуби за превръщането на механичната енергия на вибрациите в електричество и след това обратно в механична енергия на задвижването. Решението на българските учени не се отнася за подвижни или изпъкнали конструкции извън корпуса на кораба, което улеснява неговото проектиране, производство и поддръжка. Идеята е да се използват извити и отворени за море участъци на кораба, построен в краищата на корпуса, за да се отклони количеството събрана вода от вертикалните вибрации на участъка в хоризонтална посока. Това създава хоризонтални сили, подобни на тези, генерирани от водата в извити водопроводи. Разликата тук е, че голяма маса вода се колебае в рамките на „кривата“ поради вълновото движение на кораба. Представеният анализ на опростената крива, който се потвърждава експериментално, дава надежда, че отделение с около 3% от подводния обем (денивелация) на кораба може да създаде движещи сили, за да компенсира допълнителното съпротивление на движението на вълната. Това би спестило значително количество енергия, тъй като допълнителното съпротивление понякога достига повече от 50% от устойчивостта на кораба на стояща вода.

2. Нови преобразуватели на енергия на реки и океански течения.

Пространствените структури, състоящи се от удължени елементи, изложени на океански и речни течения, причиняват турбулентност на потока и алтернативно вихрово разделяне, което от своя страна създава трептяща срязваща сила. Досега този феномен (често наричан „трептене“) се смяташе за нежелан и бяха взети мерки за неговото потискане или премахване. Новата идея е да се използва ефектът за създаване на принудителни вибрации на цилиндрични елементи с еластично окачване. Енергията на тези вибрации може да се използва ефективно, тъй като могат да се постигнат значителни амплитуди на вибрациите дори при ниски дебити. Това позволява възстановяване на енергия без значителни инвестиции и прави този метод по-екологичен от стандартната технология, използвана в водноелектрическите централи. Концентрацията на енергия е подобна или дори по-добра от конкурентната възобновяема енергия от течения, вълни и вятър.

Патентована разработка от Университета в Мичиган показва, че вибрациите от група цилиндри, потопени в поток, могат ефективно да се използват за генериране на енергия. Разработката предполага, че цилиндрите се движат независимо един от друг под действието на потока. Български учени предлагат нов метод за значително увеличаване (10-20%) на ефективността чрез въвеждане на еластични връзки между съседни цилиндри. При този метод цилиндрите вече не се движат независимо. Целта е да се използват вибрациите на един цилиндър, за да се усилят вибрациите на останалите цилиндри, като се въведе случайна „нестабилност“ в еластичността на системата.

За тази разработка изследователската група е лауреат на наградата Варна за технически науки за 2020 г.

3. Квантово задвижване

Иновативните квантови технологии бързо се развиват в комуникациите, изчисленията и сензорите. Проектът на учените от Центъра по хидро- и аеродинамика е насочен към разширяване на използването на квантовите технологии в областта на задвижващите системи. Квантовата задвижваща система е проектирана да работи във всякаква среда – вода, въздух и вакуум. Той се основава на уникалната амонячна инверсия на азот (NH3) е феномен, който е бил използван в миналото в първите атомни часовници (1949) и мазерите (1953). Азотната инверсия е квантов тунелен процес, при който NH3 молекулите спонтанно променят формата си милиарди пъти в секунда. Компактен контейнер, пълен с амоняк, може да побере 10двайсет това са молекулните „бутала“. В допълнение, NH3 молекулите са полярни и могат да бъдат организирани от външни електрически полета и / или лазери дори при стайна температура. Работните цикли на всяко молекулно бутало ще бъдат както следва: ориентация-инверсия-ориентация-инверсия … Учените ще ориентират квантовите тунелни преходи спрямо тежкия азотен атом в NH.3 в избраната от тях посока. Ориентираните „бутала“ ще повлияят на сблъсъците на молекулите, създавайки динамични спада на налягането по стените на контейнера и съответната движеща сила на макро ниво. Последните експерименти с амоняк в електрическо поле демонстрират концепцията за бавно транслационно и въртеливо движение на 1-килограмов контейнер.

Новият тригодишен проект ще оптимизира квантовото движение и ще оцени ефективността му чрез прилагане на алтернативни лазерни резонансни и нерезонансни подходи за ориентиране на амонячните молекули. В рамките на проекта български учени ще работят съвместно с партньори от Лондонския университет (UCL) и лазерни институти в Унгария и Швейцария. Очаква се оптимални теоретични решения да бъдат тествани в лабораторията. Финалът ще бъде пилотен демонстрационен тест с умален модел на кораба, който обикновено се използва за проектиране на традиционна задвижваща система.

БАН

Source