«Живая» энергия

Энергию воды люди использовали с древности. Способов со времен изобретения водяной мельницы существует великое множество. Они постоянно совершенствуются и видоизменяются. Недавно группа ученых университета штата Мичиган разработала устройство, которое преобразует любое, даже самое медленное течение воды, в экологически чистую энергию. Эту установку назвали VIVACE (Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy). Название созвучно с музыкальным термином «vivace», который в переводе с итальянского означает «живой, полный жизни».

Движение – это жизнь. Движение океанических вод способно напитать огромной энергией все живое. По мнению руководителя группы, профессора подразделения морских разработок университета штата Мичиган Michael Bernitsas, освоение даже 0,1% энергетического потенциала океана обеспечит энергией 15 млрд человек. Основная сложность здесь – очевидная дороговизна сооружений и устройств, необходимых для преобразования энергии воды в электрическую энергию. Строительство гидроэлектростанции может затянуться на десятилетия, при этом стоимость ее сооружения составит миллиарды долларов. Неоднократно предпринимались попытки создать более дешевые и менее экологически вредные устройства, но до сих пор упирались в очень узкую область их применения. Например, волновые станции могут эффективно применяться лишь там, где существует серьезное волнение моря. Приливные станции требуют очень высоких отливов и приливов. Турбинам для бесплотинных ГЭС, в свою очередь, необходима высокая скорости течения. 

Вполне возможно, что установка американских ученых станет настоящим прорывом в области гидроэнергетики. Ее главное достоинство заключается в том, что она предназначена для эффективной выработки энергии при низких скоростях потока воды (менее 2 узлов в час, т.е. около 1 м/с). Следует отметить, что большинство течений воды в природе имеют скорость меньше 3 узлов в час, в то время как турбинам и водяным мельницам для эффективной работы нужна скорость не менее 5 узлов в час. VIVACE не надо волн или приливов. При ее использовании нет необходимости возводить плотину. 

Как обычно, в основе гениального изобретения лежит принцип простоты. В данном случае, используется достаточно простой метод преобразования кинетической энергии водных потоков в механическую энергию движения. Данный способ был открыт в результате анализа процесса передвижения в жидкости разных объектов. Наблюдая за этим процессом, ученые обратили внимание на вихри, создаваемые позади объекта в результате движений хвоста, например у кита. Они предположили, что возможен обратный процесс: то есть создание механических колебаний в результате воздействий водяных вихрей на какую-либо поверхность. Данные колебания потенциально могут быть использованы для привода электрогенератора. 

Поэтому в лаборатории университета всерьез занялись этой задачей и построили действующий прототип установки, которая представляет собой цилиндр, помещенный в резервуар с водой и совершающий возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. Учеными взят на вооружение принцип турбулентности, при котором в потоке воды создаются характерные завихрения, оказывающие силовое воздействия на сам цилиндр. Природа турбулентных вихрей такова, что сила воздействия периодически меняет свое направление, толкая цилиндр вверх и вниз. 

Благодаря высокой плотности, энергетический потенциал потока воды, при одинаковой скорости течения, в 800 раз больше потенциала потока воздуха. Установка VIVACE способна производить от трех до десяти раз больше энергии, чем приливная турбина, использующая аналогичный по характеристикам поток воды.

Для того, чтобы увеличить эффективность установки, ученые предложили помещать в поток воды не гладкий, а шероховатый цилиндр (с поверхностью, подобной рыбьей чешуе). По предварительным подсчетам, это должно повысить выходную мощность VIVACE от 40 до 70%, а стоимость электроэнергии составит около 5,5 центов за киловатт-час, что сравнимо с показателями ветроэнергетических установок. Уже в этом году планируется установить две опытные установки типа VIVACE. Одна из них пройдет опытную эксплуатацию на реке Детройт, вторая -- в условиях океана. Коммерческое же использование VIVACE пока откладывается на неопределенный срок.

Источник: www.bigwest.by