كفاءة توليد الطاقة موجة ... حقا!

جريج تراوثوين • 25 شعبان 1440

SurfWec الفنان مفهوم. الصور مجاملة: SurfWEC LLC.

الصور مجاملة: SurfWEC LLC.

يمكن اعتبار الطاقة المولدة بواسطة الموجات رودني دانجيرفيلد من مصادر الطاقة المتجددة البحرية. لا تحصل على أي احترام. كان هناك عدد من حالات الفشل الفائقة والمكلفة التي تآمرت لإعطاء القطاع سمعة سيئة على الرغم من عدد من التطورات الهندسية. أحد الوافدين الجدد هو SurfWEC الذي يقدم "Wave Energy Converter" المحول على براءة اختراع والذي تم تطويره منذ عام 2007. ويعد مطوروها بأنها سوف تبرز من الميدان وأداء حيث فشل الآخرون. ماذا؟ يتحسن تصميم SurfWEC مع جيل من "الدروس المستفادة" ، والأهم من ذلك أنه يجعل تصفحه الخاص.

أصبح إنتاج الطاقة المتجددة "ساخنًا" رسميًا ، حيث تآمر عدد من التطورات الهندسية والإعانات الحكومية للمساعدة في نشر واختبار وإثبات قابلية تنفيذ الأنظمة المختلفة لظروف مختلفة في الواقع الفعلي. بينما قفزت الطاقة الشمسية وطاقة الرياح كقادة مبكرين ، إلا أن هناك دفعة متجددة لتحويل طاقة الأمواج البحرية إلى مصدر للطاقة قابل للتجديد والطاقة المخزنة. أحد الوافدين الجدد هو SurfWEC LLC ، الذي يهدف إلى أن يصبح "الانتقال إلى" في فئة طاقة الأمواج ، كنظام قائم بذاته وكمصدر إضافي للطاقة وتخزين الطاقة ووحدات تخميد الأمواج الموجودة في موقع مشترك مع المستقبل أو الحالي مزارع الرياح البحرية.

قابل شركة "Old New"
تعتبر Martin & Ottaway ، وهي شركة هندسية بحرية مقرها نيوجيرسي ، قوة دافعة وراء توقعات الأداء الجديدة لمحركات Wave Energy (WECs) ، وهي تعمل بشكل مستمر منذ عام 1875 والتي احتضنت SurfWEC LLC في ديسمبر عام 2018. و SurfWEC ، مع الجامعة و شركاء الصناعة - معهد ستيفنز للتكنولوجيا ، ABB ، Airline Hydraulics ، Bosch-Rexroth ، Deeptek ، HYDAC ، ISCO Pipe ، Wire Co./Lankhorst Ropes ، وغيرها - يعمل على تطوير WEC باستخدام ميزات حاصلة على براءة اختراع ويتوقع أن تزيد من استرداد الطاقة يصنف بترتيب من حيث الحجم كوحدات قائمة بذاتها أو متكامل مع أنظمة WEC القديمة.

تم تصميم نظام SurfWEC أيضًا لتجنب الأضرار الناجمة عن الموجات المرتبطة بالأعاصير ، والمعدات الموجودة في مناطق ركوب الأمواج ، وأنظمة الإرساء الثابتة في الخارج عبر التكنولوجيا التي تغلب على التحدي المتمثل في أحجام الموجات شديدة التغير. بكل بساطة ، تقوم بذلك من خلال ميزة مياه عميقة متغيرة براءة اختراع ، اخترعها مايكل رافتيري ، كبير مسؤولي التكنولوجيا في SurfWEC (CTO) أثناء إجراء الأبحاث في معهد ستيفنز للتكنولوجيا من 2004 إلى 2012. تسمح التكنولوجيا أساسًا بتكوين موجات بحرية تحويلها إلى موجات الأمواج المتزايدة ، مما يتيح استعادة طاقة الأمواج بطريقة أكثر فاعلية.

من خلال الاجتماع مع رافتيري في مكتب شركة مارتن آند أوتاوي في تينتون فولز ، بولاية نيوجيرسي ، يتضح على الفور أن هذا النظام وتطوره يمثلان عملاً عاطفيًا للمخترع الذي يتمثل هدفه على المدى الطويل في إنهاء الاعتماد البشري على الوقود الأحفوري. تم تقديم براءة الاختراع في عام 2007 وتم إصدارها في عام 2012. تم إنشاؤه أثناء عمل Raftery في معهد ستيفنز للتكنولوجيا ، وهي كلية الهندسة الشهيرة ، والتي دفعت وتمتلك حقوق براءة الاختراع للنظام ، بينما لدى SurfWEC اتفاقية ترخيص حصرية في مكان لاستخدام هذه التكنولوجيا.
"أعتقد أن أكبر التصورات التي يجب التغلب عليها هي التصورات التي مفادها أن تحويل طاقة الأمواج غير فعال ، وأن وحدات WEC لا يمكن تصميمها وصنعها بسلامة قوية مثل قوارب بوسطن WhalerTM ، فهذه هي معايير التصميم المطلوبة خصيصًا لتحقيق تحويل طاقة الموجة إلى وقال رافتيري. لقد كانت هناك أربعة إخفاقات كبرى في الصناعة أدت إلى تأجيل المستثمرين. غرق تقنية Advanced Research Technologies / Wavegen "Osprey" في عام 1995 ، وغرق Finavera "Aquabuoy" في 2007 ، وغرق Trident "DECM" في عام 2009 ، وإغراق Wello OY "Penguin" في عام 2019 ".

موجة كسر
التي أنشأتها SurfWEC منصة المغمورة في حوض ستيفنز النموذجي. الصور مجاملة: SurfWEC LLC.

وقال رافتري إن تلك الإخفاقات كلفت مجتمعة ملايين الدولارات بينما اكتسبت صناعة WEC سمعة سيئة. وقال إن ردود الفعل المبكرة للمستثمرين على SurfWEC كانت "ربما تكون مثل تلك الأنظمة الأخرى."

لكن رافتيري يؤكد أن SurfWEC قد تعلمت من الحوادث السابقة ، وقال إن إنشاء نظام يتمتع بـ "النزاهة المزدهرة" كان رقم واحد في قائمته. تحقيقًا لهذه الغاية ، يتميز نظام طاقة الأمواج بحجرات مملوءة بالرغوة مما يجعله غير قابل للإلغاء فعليًا. "لقد عالجنا كل الإخفاقات في هذا المجال من خلال هذا التصميم الواحد".

أيضا ، فإن إنشاء نظام "ذكي" ، وهو نظام قادر على ضبط نفسه باستمرار لزيادة حركة المحيط وتحويلها إلى قوة ، كان أمرًا أساسيًا للنجاح. لهذا ، يعتمد فريق SurfWEC على شبكة عصبية.

قال فان هيمن: "الشبكات العصبية هي وسيلة للرد على الأشياء التي لا يمكن تعريفها بسهولة ويسر". "إذا كان لدي موجة جيبية مثالية ، فيمكنني حساب وتصميم شيء يستجيب لهذه الموجة الجيبية المثالية مع تغير طول الموجة وارتفاع الموجة. لكن أمواج المحيط فوضوي. تأخذ الشبكات العصبية مدخلات من أجهزة استشعار مختلفة تساعد على "تعلم" النظام. إنها ببساطة آلية استجابة. "
تم تصميم النظام ليكون مرنًا أيضًا ، ومن حيث المبدأ ، يمكن وضع نظام SurfWEC في أي مكان حيث توجد أمواج المحيطات وعمق المياه يتراوح من 135 إلى 1000 قدم ، وهو في الواقع ريشة تصميم رئيسية في غطاء SurfWEC ليس من الضروري أن توضع مباشرة في منطقة الأمواج للعمل. "ليس عليك تصميم أجهزة مختلفة لمواقع مختلفة. يمكننا أن نضعها في أي مكان ، وهو حل واحد يناسب الجميع ، وستحتفظ الشبكة العصبية بمنصة متغيرة العمق في العمق الأمثل في جميع الأوقات. "
الصور مجاملة: SurfWEC LLC. الطريق إلى الأمام
يعرف أي شخص يعمل في مجال الطاقة المتجددة أن المسار من منضدة عمل المخترع إلى أداء مستوى المنفعة ليست مباشرة أو قصيرة أو رخيصة. تم تطوير منصة SurfWEC بالفعل منذ أكثر من عشر سنوات ، وتعتقد شركة Raftery أن الأمر سيكون من أربع إلى خمس سنوات أخرى لإخضاعها للتجارب البحرية.

قال رافتيري: "الخطوة التالية هي اختبار نموذج المقياس في منشأة أومست في ليوناردو ، نيو جيرسي ، على مقياس تقريبًا 15: 1". "سنأخذ أرقام الأداء هذه ، ثم سنقوم ببناء منصة انزلاقية لنظام الإقلاع الكهربائي ، وسنخضع للاختبار. بعد ذلك ، سنقوم بإجراء تعديلات على التصميمات بناءً على هاتين المجموعتين من البيانات ، يتبعها نموذج أولي واسع النطاق وتجربة بحرية ".
في حين أن الوقت عنصر واحد ، فإن المال عنصر آخر ، وقد حدد Rik F. van Hemmen ، PE ، صاحب شركة Martin & Ottaway ، سعره اليوم بـ 20 مليون دولار لتقديم النظام من خلال التجارب البحرية ، مع (تقريبًا) 2 مليون دولار لاختبار مقاعد البدلاء و 1 مليون دولار لنمذجة الكمبيوتر و 1 مليون دولار لنموذج المقياس وحوالي 12 مليون دولار لوحدة النموذج الأولي النهائي و 4 ملايين دولار للتجارب البحرية لمدة عامين.

وقال فان هيمن: "لقد قدمت للتو كتابًا أبيض إلى مكتب البحوث البحرية للميزانية الكاملة". "على الجانب التجاري ، سنتعامل مع مصادر رأس المال الاستثماري للتمويل أيضًا. ثم لدينا تطبيقات وزارة الطاقة في تطوير النظام الفرعي ".

اعتقد العالمية ، قانون (نيوجيرسي) المحلية
"بعض المشاريع كبيرة جدًا لدرجة أنها تحتاج إلى رؤية ووجود وطني أو عالمي. وقال فان هيمن إن هذه التكنولوجيا المعينة لا تتطلب هذا الكم الهائل من الاستثمار. "هذا يجعله أكثر فعالية بطبيعته في بناء وتشغيل مشروع محلي ، وإذا كنت تستطيع أن تفعل ذلك فإن فرصتك في النجاح ترتفع بطبيعتها."

وفقًا لفان هيمن ، يبدو أن النجوم تتماشى مع هذا المشروع ، حيث توفر نيو جيرسي "مرتعًا غريبًا للابتكار التكنولوجي. نيو جيرسي لديها الواجهة البحرية ، لديها القدرة على النقل ، لديها التعليم ... حجم المشروع هو المناسب لتطويره في ولاية نيو جيرسي. "

أحد اللاعبين الأساسيين هو Ohmsett في ليوناردو ، نيو جيرسي ، الواقعة على خليج راريتان. إنها منشأة لاختبار دبابات من الطراز العالمي تقع مباشرة في منطقة يمكن أن تثبت أنها مثالية للاختبار في العالم الحقيقي ، لأن فان هيمن يتسبب في أن الموجات الموجودة في الأجزاء المحمية من خليج راريتان تقع على نطاق واسع مع نموذج 15: 1 باعتباره أمواج المحيط ستكون لنموذج واسع النطاق.

في حين أن الأمور السياسية (للحصول على تصريح لإرساء النظام للمحاكمات في العالم الحقيقي) وقضايا التمويل نادراً ما تكون سهلة التنقل ، قال فان هيمن ، الذي ذهب إلى كلية هارفارد للأعمال ، إنه سيصدم إذا لم تتمكن المنظمة من بناء الدعم بين المرافق والسياسيين. "الأرقام (التكلفة لكل كيلوواط ساعة) موجودة ، وهي مقنعة."

في الواقع ، يرى فان هيمن ، المهندس الأول دائمًا ، أن التحدي الأكبر المتمثل في تسليم النظام إلى نطاق المرافق بسيط للغاية: Rope. "إذا كان المال موجودًا ، فإن التحدي الأكبر سيكون في موثوقية نظام إزالة الحبل. هذا هو التحدي الذي سيتخذه عقلي ليل نهار. " "أنا مقتنع بأننا نستطيع أن نجعلها تعمل ، ولكن هذا هو التحدي الفني الوحيد الذي يعطيني العرق البارد للمهندس. تطورت تقنية Rope بشكل كبير ، ولكن هذه هي النقطة التي ستدخل فيها الكثير من الطاقة. لحسن الحظ ، لم تكن مشكلة الحبل مطبقة تمامًا نظرًا لأن أجهزة نوع الزعنفة / الطفرة المركبة على السطح العلوي لمنصة العمق المتغير قد تكون تجاريًا قابلة للحياة كذلك. "

الصور مجاملة: SurfWEC LLC.

مربع حقيقة
شركة SurfWEC LLC
جهاز تسخير طاقة الموجة التكنولوجية
بداية التصميم 2007
براءة اختراع 2012
صاحب براءة اختراع معهد ستيفنز للتكنولوجيا
حامل ترخيص حصري SurfWEC LLC
www.surfwec.com الويب