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可再生能源

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‘Seabed carpet’可以利用波能

14 Jun 2012
Could a 海底地毯 be coming to a beach near you?

合成的“seabed carpet”美国的一位工程师说,模仿泥泞海底的波浪阻尼作用的波浪可以用来从经过它的波浪中提取能量。地毯不仅提供了一种生产清洁,廉价电力的新方法,而且–尚未建立–可以用来保护沿海地区免受强浪袭击,并为波涛汹涌的海上的船只提供安全的避风港。

泥泞的海床抑制海浪的能力在世界各地都得到了很好的证明。在墨西哥湾,渔民学会了将自己的船引到当地一个泥泞的地方,称为“mud hole”暴风雨来临之时。在这里,浪–泥浆相互作用非常强,以至于风暴波在几个波长的距离内被衰减(100–200 m)并且那里的船是完全安全的。

弹簧和发电机

“如果泥浆能严重吸收海浪中的大量能量,那为什么不’我们用这个想法来设计一个波能转换器’s very efficient?” asks the carpet’的发明者是加州大学伯克利分校的Mohammad-Reza Alam。他用粘弹性提出了这个想法“波能转换地毯”(CWEC)放置在沿海海底垂直定向的弹簧和发电机网络上。柔软的地毯的反应就像泥浆一样:当波浪从头顶经过时,它们在其弹跳的表面上引起动态波纹和起伏,这些扰动可用于发电。

通过对海浪与拟议的地毯的相互作用进行建模,Alam能够证明该系统可以在大约10的短距离内轻松吸收50%的入射波能量 米对于典型的北海浪,模拟表明能量吸收率高达6.5 kW m–2,这是风力涡轮机可能达到的最大值的两倍以上,比目前的太阳能转换器高出至少20倍。

短波更好

所有的海洋运动都是长波和短波的组合。长期以来,由于各种原因,与波涛汹涌的海面相关的短波比远距离的长波(涨潮)衰减得更快,但是直到最近,令人惊讶的现场观察表明,短波实际上比长波好得多。将其能量传递给浅水区的泥泞海底。

阿拉姆开发了一种计算机模拟程序,其中考虑了数百种不同的波浪和波浪相互作用。他发现当减震条件很强时–就像泥泞的海床一样–大量的能量从“surface mode”波(长波衰减更快)“bottom mode”波浪(短波会更快地衰减并向海底传递更多能量)。“如果阻尼很强,那么从海洋吸收的总能量会更大,” he explains.

迎接风暴

阿拉姆认为,与现有的波捕获技术相比,CWEC具有许多明显的优势。其中最主要的事实是,该设备不仅具有抗风暴的能力,而且实际上在风暴中的性能更好。当前的方法使用系泊的漂浮装置或带有易损铰链的海底固定蛤状结构。当海浪变得过于活跃时,这些设备通常被拉到水面以下,设计成退回到保护性的空闲模式。

CWEC’平坦而固定的性质意味着这些问题已被巧妙规避,并且可以在风暴过去时继续利用力量。不仅如此,当非线性元素发生波相互作用时–在暴风雨的海洋中增加–在仿真中进行了介绍,提高了设备​​的效率。与大多数其他波能提取器相比,该设备的带宽也要宽得多,并且可以利用从任何方向接近的任何类型的波。

CWEC的缺点是效率会随着水深的增加而降低,这意味着它仅适合在冲浪区和水深约20之间使用 m.

受水手欢迎

与传统装置相比,完全淹没的地毯结构在航海者和环保主义者中可能会更受欢迎,因为传统装置可能会造成船舶相撞和海洋哺乳动物纠缠的威胁。还可以充分利用能量的排放作用,保护脆弱的海岸线,庇护港口或保护近海平台。

“这是一个有趣的想法,但是存在一些实际问题,例如安装和维护的成本,对[底层住宅]海洋生物的影响以及潮汐对性能的影响,”评论是英国斯旺西大学的Dominic Reeve,他是Wave Hub项目的一部分–一家位于英格兰西南海岸的大型新型波浪探测技术测试设施。“如果周围有可移动的沉积物,则该地毯很可能会影响沉积物的运输–损害自身或邻近地区的利益或优势。”

Alam同意,如果要在现场建造CWEC并进行试验,沉积当然是工程师将面临的问题之一。他建议也许最好将设备部署在多岩石的海岸线上。

该作品发表在 皇家学会会议录 A.

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