Устройство SURF-WEC, сокращение от Small Underwater Research Flap Wave Energy Converter, впервые переместилось из лаборатории в океан у пирса Makai Research Pier на острове Оаху, штат Гавайи. Проект, реализуемый National Laboratory of the Rockies совместно с University of Hawaii at Manoa, направлен на испытание небольшого устройства для преобразования движения волн в электричество, а также на открытое предоставление его конструкции, данных и полученных уроков.
Этот шаг осуществляется в области, где испытания в открытой воде всё ещё ограничены по сравнению с масштабом теоретических исследований и моделирования, проводившихся в течение последних десятилетий. По словам исследователей, недостаток фактических развертываний, наряду с недоступностью данных некоторых испытаний, мешает понять характеристики устройств морской энергетики и затрудняет переход от моделей к технологиям, пригодным для коммерческого масштабирования.
Как работает устройство?
SURF-WEC состоит из плавающего щита, закреплённого недалеко от берега, примерно размером с большой экран. Щит движется вперёд и назад при прохождении волн, подобно двери, вращающейся на петлях, и тем самым приводит в действие замкнутую гидравлическую систему, которая перекачивает жидкость и постепенно повышает её давление. При достижении определённого давления оно используется для вращения двигателя, соединённого с электрическим генератором.
Ключевая исследовательская особенность устройства — возможность дистанционно изменять его реакцию на волны. Команда может переключаться между пассивным режимом, в котором реакция не изменяется в зависимости от условий, и активным режимом, адаптирующимся к меняющимся волнам в реальном времени. Модели показывают, что активная эксплуатация может улавливать больше энергии, однако она добавляет потери, связанные с работой датчиков, систем управления и самих механизмов регулировки.
От моделирования к морским испытаниям
Проект занял два года моделирования, строительства, испытаний и проверки в лабораториях National Laboratory of the Rockies. Исследователи использовали такие инструменты, как WEC-Sim, для моделирования движения щита и волн, а также испытали гидравлическую систему преобразования энергии с помощью электрического привода, имитировавшего движение волн в контролируемой среде.
Лаборатория также разработала платформу MODAQ 2.0 для мониторинга характеристик, управления устройством и сбора данных. После испытания компонентов в лаборатории систему изолировали и укрепили для защиты от условий морской среды, затем отправили на Гавайи для сборки, развертывания и подключения к берегу острова.
Перед развертыванием команда столкнулась с сильным штормом Kona, направлявшимся к Оаху, при этом ветер и волны превысили значения, ожидавшиеся на основе исторических данных. Поэтому исследователи закрепили только раму и дождались прохождения шторма, после чего повторно запустили моделирование с использованием оперативных данных от находившихся поблизости буёв. Через два дня они завершили сборку устройства и закрепили его на морском дне, проведя кабели к платформе MODAQ 2.0 на берегу.
Почему эта новость важна?
Команда подтвердила поступление электричества в систему после её установки, что свидетельствует об успешном первоначальном переходе от лабораторной конструкции к работе в море, однако пока не является доказательством коммерческой целесообразности или непрерывного производства в широком масштабе. SURF-WEC был разработан прежде всего как малозатратная исследовательская платформа для формирования данных, на которых смогут основываться исследователи и промышленность.
Более чем через пять месяцев после развертывания команда планирует оставить устройство в воде на срок до года, обеспечивая прямую передачу данных и выпуская итоговый отчёт, доступный общественности. Результаты помогут сравнить активную и пассивную эксплуатацию, оценить потери, связанные с управлением, и понять работу энергетической системы в реальных морских условиях. Продолжительность пребывания устройства в воде и объём электричества, который оно сможет производить в долгосрочной перспективе, остаются открытыми вопросами, на которые ответят продолжающиеся испытания.
Проект финансируется Управлением гидроэнергетики и энергии морских течений Министерства энергетики США, а сотрудничество между лабораторией и университетом позволило объединить опыт в моделировании волн, управлении, гидравлической инженерии и морском монтаже.