В России создали отечественный аналог генератора, который превращает энергию океанских волн в электричество
Ископаемые ресурсы с каждым годом все больше истощаются и дорожают, поэтому во всем мире активно внедряется возобновляемая энергетика. Однако солнечные и ветровые установки не всегда возможно использовать, их эффективность зависит от погоды, времени суток и климата. Есть еще один распространенный источник энергии — механические колебания: волны океана, вибрации мостов и трубопроводов. Чтобы преобразовывать их в электричество, нужны специальные линейные генераторы. Проблема в том, что сегодня не существует конструкций, которые позволяли бы эффективно заряжать отдельные автономные устройства. В итоге датчики, метеостанции и другие приборы вдали от инфраструктуры остаются без надежного питания. Ученые ПНИПУ создали уникальную методику, которая позволит проектировать маломощные линейные генераторы для преобразования колебаний волн. С ее помощью можно будет получить в среднем около 33 ватт мощности, что достаточно для питания инфраструктуры там, где невозможно использовать солнечные и ветровые установки.
Сегодня большая часть электричества и тепла, которые мы используем, вырабатывается из нефти, газа и угля. По последним исследованиям, человечество использует на 73 % больше ресурсов, чем планета производит за год. Это значит, что ископаемое топливо стремительно истощается, а его добыча становится все дороже.
Именно поэтому в современном мире для питания городской и промышленной инфраструктуры важно развитие возобновляемой энергетики. Уже многие годы инженеры активно применяют солнечную и ветровую энергию. Однако эффективность этих источников напрямую зависит от погоды, времени суток и географического положения, что не дает внедрять их повсеместно.
Сегодня существует и другой вид возобновляемой энергии, который присутствует почти везде, но до сих пор мало используется — механические колебания. Это работает следующим образом: вода поднимает и опускает специальный поплавок или платформу, лежащие на поверхности, а это движение вверх-вниз превращается в электричество.
Питать таким образом можно многое: датчики мониторинга, метеостанции, океанографические буи, системы связи и навигации. Все это должно работать автономно, вдали от городов и промышленных объектов, где нет кабелей или пасмурная погода. Без них невозможно ни предупреждать стихийные изменения, ни следить за состоянием важной инфраструктуры.
Однако сам по себе поплавок не может преобразовать колебание, поэтому к нему нужно подключить специальное устройство — линейный генератор, от которого и будут заряжаться приборы. Проблема в том, что хотя такие конструкции существуют, они рассчитаны на большие мощности. То есть это крупные, тяжелые и дорогие установки, снабжающие целые поселки или предприятия.
При этом для питания отдельных небольших устройств эти генераторы не подходят. Это значит, что множество приборов, которые нельзя заряжать от солнца или ветра, остаются без энергии.
Ученые ПНИПУ создали уникальную методику, которая позволит проектировать маломощные линейные генераторы. Разработанная по ней конструкция позволит получать в среднем около 33 ватт мощности, что достаточно для питания датчиков, метеостанций и другого автономного оборудования. Статья опубликована в вестнике «Электротехника, информационные технологии, системы управления».
Чтобы создать генератор, инженеру необходимо сначала рассчитать его основные параметры: какое напряжение и ток он будет выдавать, какая мощность дойдет до аккумулятора прибора или сколько часов понадобится, чтобы зарядить батарею при разных колебаниях.
Проблема в том, что при расчетах обычно рассматривают «идеальные» условия. Например, что ток течет плавно, а напряжение постоянно. Из-за этого вычисления получаются неточными, и на деле генератор может не выдать нужную мощность.
Именно поэтому ученые создали новую методику, которая учитывает реальные условия работы. Например, что ток течет не плавно, а импульсами, а также что генератор теряет часть энергии при преобразовании движения в электричество.
— Используя новую методику, мы построили компьютерную модель конструкции и сымитировали для нее реальные условия работы, как при настоящей волне. Далее смотрели, какие силы возникают внутри, как ведет себя магнитное поле, ток и напряжение, насколько плавно двигаются детали. Результаты моделирования показали, что при типичных условиях генератор выдает до 33 ватт. Именно такая мощность нужна для зарядки стандартных аккумуляторов в автономных системах, — отметил Денис Опарин, старший преподаватель кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ.
При этом подвижная часть конструкции работает плавно, без рывков и лишних вибраций — это снижает износ и повышает надежность устройства. А полная зарядка аккумулятора емкостью 10 ампер-часов, который есть у большинства датчиков и телеметрического оборудования, будет занимать не более четырех часов.
Важно также, что инженеры выбрали цилиндрическую форму генератора с магнитами из термостойкого и коррозионностойкого сплава самарий-кобальт, что гарантирует герметичность и долговечность устройства в агрессивной морской среде.
— Сегодня линейные генераторы в основном разрабатывают для больших мощностей — волновых электростанций и крупных промышленных установок. Мы же исследовали питание небольших автономных устройств, удаленных от инфраструктуры. Наша методика расчета впервые для маломощных генераторов комплексно учитывает нелинейную нагрузку (аккумулятор через выпрямитель) и реальную форму волнового воздействия, — дополнил Денис Опарин.
Новое решение позволит обеспечивать энергией автономную инфраструктуру даже в самых труднодоступных местах. Генератор можно ставить на метеостанции, океанографические буи, навигационные маяки, датчики на трубопроводах и мостах — везде, где нет кабелей и не работают солнечные панели.
Telegram 
Дзен 
VK 
