Морская энергия всё ещё является относительно молодой областью, и использование лишь одной десятой доступных морских энергетических ресурсов в Соединённых Штатах могло бы обеспечить электроэнергией 22 миллиона домов. Доступ к финансированию, экспертным знаниям и местам для проведения испытания оборудования может быть сложным для разработчиков технологий. В 2020 году Министерство энергетики США запустило программу TEAMER, чтобы помочь преодолеть эти барьеры и продвинуть жизнеспособность морской энергии.
При поддержке Офиса технологий водной энергии и под руководством Траста энергетики Тихого океана, проект TEAMER предлагает разработчикам и исследователям возможность испытывать и дорабатывать свои технологии морской энергии на различных объектах сети TEAMER.
Поддержка TEAMER позволила Университету штата Гавайи усовершенствовать две технологии осциллирующих водяных колонн. ОВК — это тип преобразователя энергии волн, который использует энергию волн. Он использует силу волн, направленную в полую камеру, для создания избыточного давления воздуха. Этот сжатый воздух вращает турбину и генерирует электричество.
Чертежи вдохновения из природы
Университет штата Гавайи сначала протестировал ОВК, предназначенную для поддержки автономных подводных транспортных средств (АUV) и их подзарядки. Устройство, известное как проект Халона, было основано на знаменитом прибрежном объекте на острове Оаху, известном как выброс воды Халона. Этот выброс обладает уникальными геологическими свойствами и принимает входящие волны, усиливая их через полую камеру в гейзер.
«Представьте себе, что центр устройства — это соломинка, плавающая вертикально в воде. Внутренняя поверхность воды в соломинке резонирует из-за того, как волна ограничена на нижнем открытии», — говорит Николас Ульм, аспирант Университета штата Гавайи и основатель и CEO компании Hawai’i Ocean Power Solutions LLC.
«Это похоже на эффект, когда вы опустите оконное стекло в машине на шоссе и услышите резонирование в ухе. Если вы ограничите любую волну в камере определенного размера, это вызовет резонансное давление. Мы пытаемся вызвать этот резонансный эффект, но в нашем случае мы используем водную поверхность внутри соломинки как своего рода поршень для сжатия воздуха через турбинную систему над водой», — объясняет он.
Проект Халона предназначен для питания платформ океанского наблюдения или автономных подводных транспортных средств, которые поддерживают различные приложения океанского наблюдения, такие как сбор данных для мониторинга и прогнозирования ураганов. Автономных подводные транспортные средства, которые призваны поддерживать это устройство, будут оснащены сенсорным оборудованием для измерения характеристик океана, таких как скорость и температура течения, которые можно загрузить в Халон.
Многие устройства для получения энергии от волн акцентируют внимание на извлечении максимального количества энергии из океана для генерации электричества для энергосистем, но в случае океанских наблюдательных приложений приоритетом становится то, сколько энергии нужно для зарядки платформ океанского наблюдения или автономных подводных транспортных средств. В связи с этим, Халон была спроектирован с минимальным движением и максимальной стабильностью, чтобы улучшить стыковку автономных подводных транспортных средств, обеспечивая при этом достаточную мощность для зарядки.
Энергия для научных исследований через энергию волн
Большая часть проектирования и тестирования Халона была бы невозможна без TEAMER. Проект начался с численного моделирования и тестирования в Прикладной исследовательской лаборатории Университета штата Гавайи, но когда стало необходимо тестирование в большом бассейне с волнами, TEAMER смог поддержать команду, предоставив доступ к бассейну с волнами Университета штата Орегон. Там Университет штата Гавайи смог протестировать, как модель Халона в масштабе 1:10 будет работать в различных условиях ветра и волн. Поздняя поддержка TEAMER позволила исследователям провести тестирование модели в масштабе 1:4 в бассейне с волнами Исследовательского центра оффшорных технологий Техасского университета A&M, где команда изучала геометрию, вес и варианты якорения устройства, что было бы невозможно в Университете штата Гавайи.
Возможность заряжать автономные подводные транспортные средства вызвала интерес со стороны Военно-морского инжинирингового командования США, которое предоставило дополнительное финансирование вне рамок TEAMER команде Университета штата Гавайи и предоставит доступ к открытым водным участкам для тестирования, таким как Площадка для тестирования энергии волн (WETS) на Гавайях. WETS — это первая в США площадка для тестирования энергии волн, подключенная к электрической сети, которая помогает компаниям тестировать предкоммерческие технологии на воде, чтобы повысить уровень их технологической готовности.
Растущий успех этого проекта привел Ульма к тому, чтобы вывести Халона из концепции технологии для своей диссертации и запустить собственную компанию HOPS. В последнее время Ульм возглавил предложение TEAMER с HOPS о поддержке моделирования от Американского бюро судоходства (ABS), чтобы проверить, может ли обновленный дизайн Халона воспроизвести предыдущие результаты тестирования TEAMER численно.
«TEAMER был абсолютно критичен для моей диссертации и успеха в карьере», — сказал Ульм. «TEAMER предоставил нам возможность продемонстрировать, как энергия волн может масштабироваться, и дал нам доступ к высококачественным исследованиям и объектам».
Смотрим в будущее
Команда, стоящая за проектом Халона, сейчас обсуждает свои следующие шаги, включая работу с Американским бюро судоходства, для получения новой квалификации их технологии, которая может помочь команде приблизиться к коммерциализации.
Университет штата Гавайи также планирует сотрудничать с HOPS для создания более крупного прототипа Халона для океанских испытаний на Гавайях. Этот прототип будет интегрирован с экспериментальной системой извлечения энергии. После успешного тестирования система извлечения энергии также будет использоваться.
