Vandenynų bangose slypi milžiniškas švarios energijos potencialas, tačiau iki šiol jį efektyviai išnaudoti buvo sudėtinga. Naujas tyrimas aiškina, kaip vandens paviršiuje veikiantis giroskopas galėtų gerokai padidinti bangų energijos pavertimo elektra efektyvumą.

Tyrimą atliko Takahito Iida iš Japonijos „Osakos universiteto“ Laivų architektūros ir vandenynų inžinerijos katedros. Darbas paremtas teoriniu giroskopinio bangų energijos keitiklio (GWEC) modeliavimu.

Toks GWEC įrenginys būtų plūduriuojantis korpusas, kurio viduje įmontuotas besisukantis smagratis, sujungtas su generatoriumi. Bangoms supant ir vartant plūdurą, sistema galėtų gaminti elektrą net tada, kai bangų stiprumas ir kryptis kinta.

Giroskopiniai bangų energijos keitikliai anksčiau jau buvo bandomi kaip būdas „atrakinti“ bangų energiją, tačiau praktinį efektyvumą ribojo kasdien besikeičiantys bangavimo režimai. Nauji skaičiavimai rodo, kad tinkamai įdiegus ir valdant tokią sistemą rezultatai galėtų būti gerokai geresni.

„Bangų energijos įrenginiai dažnai susiduria su problema, kad vandenyno sąlygos nuolat kinta. Tačiau giroskopinę sistemą galima valdyti taip, kad energijos sugertis išliktų didelė net ir keičiantis bangų dažniams“, – teigia T. Iida.

Pagrindinė šiame tyrime aprašyta naujovė – linijinės bangų teorijos pritaikymas apskaičiuojant bangų, giroskopo ir plūduriuojančios konstrukcijos sąveikas. Remdamasis šiais skaičiavimais T. Iida nustatė, kokia įrenginio konfigūracija galėtų būti optimali.

Derinant besisukančio smagračio sukimosi greitį ir generatoriaus vidinę varžą prie esamų bangavimo sąlygų, tokia sistema teoriškai galėtų pasiekti iki 50 proc. efektyvumą. Tai reikštų, kad į elektrą būtų galima paversti iki pusės bangos energijos.

„Ši efektyvumo riba yra fundamentali bangų energijos teorijos sąlyga. Džiugu tai, kad dabar žinome, jog ją galima pasiekti plačiame dažnių diapazone, o ne tik vienoje rezonansinėje būsenoje“, – sako T. Iida.

Kitaip tariant, giroskopo precesiją – tai, kaip išorinės jėgos „pastumia“ besisukantį objektą – galima sureguliuoti taip, kad sistema išliktų arti 50 proc. efektyvumo ribos net ir kintant bangavimo sąlygoms.

Nors šiame etape realių bandymų jūroje nebuvo atlikta, tyrėjas papildomai pasitelkė kompiuterines simuliacijas. Jos padėjo patikrinti, kaip sistema veiktų esant įvairiems bangų dažniams ir ilgiams, ir kaip į tokius pokyčius reaguotų giroskopas.

Simuliacijų rezultatai sutapo su matematiniais skaičiavimais, tačiau patys autoriai pabrėžia, kad bangos yra itin sudėtingas reiškinys, todėl bet kokie modeliai turi ribotumų.

Kai T. Iida modeliavo giroskopo darbą esant labiau „netvarkingoms“, vandenynui būdingoms nelygioms bangoms, paaiškėjo, kad didesnėse bangose įrenginio efektyvumas mažėja. Vis dėlto tam tikromis sąlygomis jis vis tiek galėtų išgauti reikšmingą energijos kiekį.

Be to, skaičiavimuose daugiausia remtasi idealizuotomis bangų sąlygomis ir neįvertintos energijos sąnaudos, kurių realiai reikėtų pačiam giroskopui veikti. Todėl šis darbas laikytinas pirmu žingsniu vertinant tokio tipo bangų energijos surinkimo technologijos perspektyvas.

Vis dėlto tyrimas suteikia pagrindo manyti, kad giroskopai gali turėti realų potencialą bangų energetikoje. Autorius taip pat atkreipia dėmesį, kad kitos, asimetriškos konstrukcijos ateityje galbūt leistų peržengti 50 proc. efektyvumo „lubas“, nors kol kas tai dar neįrodyta.

Kitas žingsnis – realūs bandymai, kurie patikrintų šiame darbe iškeltą teoriją. „Ateities darbuose bus atlikti modeliniai bandymai, siekiant patvirtinti pasiūlytą teoriją. Be to, nagrinėsime optimalias valdymo strategijas, atsižvelgdami į priežastingumą ir netiesines GWEC reakcijas“, – rašo T. Iida.