Возобновляемый источник энергии, использующий медленное течение воды

Эта машина носит название „Виваче“ (VIVACE). Об eё создании было рассказано в последнем номере журнала «Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering» (выходит раз в три месяца). Статья называется " VIVACE (Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy): A New Concept in Generation of Clean and Renewable Energy from Fluid Flow."

„Виваче“ стало первым устройством, которое может использовать энергию большинства водных течений мира, так как оно работает с течениями имеющими скорость меньше двух узлов (приблизительно 3.5 километра в час), а большинство потоков Земли имеют скорость не больше трёх узлов. Турбинам и водным мельницам для эффективной работы необходима средняя скорость в 5-6 узлов.

Название „Виваче“ расшифровывается как использование вибраций  вызванных  вихреобразованием для получения водной экологически чистой энергии. Устройство не зависит от волн, приливно-отливного цикла, турбин и дамб. Это - уникальная гидрокинетическая энергетическая система, основывающаяся на "вибрациях, вызванных вихреобразованием".

Эти вибрации - волнообразные колебания, которые производит округлый или цилиндрический объект в текучей среде, которая может быть как воздухом, так и водой. Присутствие объекта производит перекручивание потока, что вызывает формирование водоворотов или вихрей на противоположных сторонах объекта. Вихри толкают и тянут объект перпендикулярно потоку вверх и вниз, или влево и вправо.

Вихреобразование в потоке, обтекающем круговой профиль.

Такие колебания ветра, в частности, разрушили в 1940 году Тэкомский мост в штате Вашингтон и в 1965 году градирни электростанции в Феррибридже, Англия. В воде эти колебания регулярно повреждают доки, нефтяные платформы и прибрежные здания. "На протяжении 25 лет инженеры пытались подавить вибрации, вызванные вихреобразованием. Мы в Мичигане сделали противоположную вещь. Мы увеличиваем колебания и используем эту сильную и разрушительную мощь природы", - рассказывает разработчик „Виваче“ Майкл Бернитас (Michael Bernitsas), профессор из отдела морской архитектуры и инженерии.

Рыбы давно знали, как с пользой использовать вихри, вызывающие эти колебания.

"„Виваче“ копирует некоторые аспекты технологии рыб, - рассказывает Бернитас. - Рыбы изгибают свои тела, чтобы скользить между вихрями, вызванными телами рыб идущими перед ними. Просто сила мускулов не позволяет им развить ту скорость, с которой они обычно идут - таким образом, они плывут друг за другом".

Первое поколение машины Бернитаса выглядит не как рыба, однако по словам автора, у будущих версий будет эквивалент хвоста, а поверхность будет похожа на чешую. Рабочий опытный образец в его лаборатории - всего один гладкий цилиндр, приделанный к пружине. Цилиндр подвешен горизонтально в потоке воды в резервуаре размером с прицеп. Вода в резервуаре течет со скоростью полтора узла.

„Виваче“ работает так: присутствие цилиндра в потоке вызывает синусоидальные вихри, формирующиеся над и под цилиндром. Вихри толкают и тянут пассивный цилиндр вверх и вниз на его пружине, создавая механическую энергию. Отдельная машина преобразовывает механическую энергию в электричество.

Майкл Бернитас около стенда с опытным образцом „Виваче“.

По словам Бернитаса, нескольких цилиндров должно быть достаточно, чтобы питать поставленное на якорь судно или маяк. Эти цилиндры могут быть сложены короткой лесенкой. Профессор оценивает, что набор конвертеров „Виваче“ длиной с беговую дорожку и высотой приблизительно в два этажа в может питать приблизительно 100 000 зданий. Такой набор может располагаться либо на дне реки, либо он может болтаться подвешенным в воде. В обоих случаях он находился бы целиком под водой.
Поскольку колебания „Виваче“ медленны, то теоретически система не вредит морской жизни так, как дамбы и водяные турбины.

Бернитас считает, что энергия „Виваче“ стоила бы час приблизительно 5.5 центов за киловатт/час. Энергия ветра стоит час 6.9 центов за киловатт/час. Ядерные энергетика имеет стоимость 4.6 цента, а солнечная энергия стоит 16-48 центов за за киловатт/час в зависимости от местоположения.

"Не будет единого решения мировой потребности в энергии, - считает Бернитас. - Но если мы могли бы использовать 0.1 процент энергии океана, то мы могли бы удовлетворить потребности в энергии 15 миллиардов человек".

Исследователи закончили недавно технико-экономическое обоснование, которое обнаружило, что устройство может вырабатывать энергию на реке Детройт. Сейчас они работают над тем, чтобы в течение ближайших 18 месяцев развернуть там экспериментальный проект.

Эта работа поддерживается американским министерством энергетики, управлением НИР ВМС, национальным научным фондом, руководством порта Детройта, фондом детройской электрокомпании, мичиганской университетской инициативой по коммерциализации и фондом Линка. Технология коммерциализируется компанией Бернитаса «Vortex Hydro Energy».

Другими авторами новой разработки являются аспиранты Камалдев Раггаван (Kamaldev Raghavan), Ярон Бен-Симон (Yaron Ben-Simon) и Элизабет Гарсия (Elizabeth M.H. Garcia).

По материалам журнала «Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering»