03:00
NLR и Гавайский университет развертывают устройство волновой энергии, собирающее и обменивающиеся данными для морской энергетики
Саманта Кунео, NLR
Подобно серферу, малый преобразователь энергии волн с откидной крышкой для подводных исследований, или SURF-WEC, катается на волнах океана, но эта система преобразует волновое движение в электричество. WEC недавно совершил прыжок из лаборатории в океан у исследовательского пирса Макай на острове Оаху, Гавайи.
Десятилетия теоретических и модельных исследований продвинули область морской энергетики, но развертывание и тестирование морских энергетических устройств были ограничены, что привело к пробелам в данных и знаниях, необходимых для коммерциализации. «Произошло очень мало развертываний», - сказала Брай Фридман, исследователь проекта из Национальной лаборатории Скалистых гор (NLR). И, кроме того, многие из этих развертываний не имеют доступных или общих данных».
Чтобы помочь заполнить этот пробел, исследователи NLR и исследователи Гавайского университета (UH) в Маноа объединили свой опыт в моделировании волн, управлении и развертывании океана, чтобы сделать что-то новое: развернуть низкобарьерный небольшой преобразователь энергии волн и обеспечить открытый доступ к его конструкции, данным и извлеченным урокам.
SURF-WEC.
«Такие проекты, как SURF-WEC, работают, потому что разные команды привносят разный опыт», - сказал Пэт Кросс, менеджер программы по морской энергетике в Гавайском институте естественной энергии в Школе наук об океане и Земле в Маноа, - NLR возглавила большую часть проектирования коробки отбора мощности, а мы помогли обеспечить надежность.подход к привязке и развертыванию, а также поддержку тестирования здесь, на Гавайях. Мы учимся друг у друга, «и именно это сотрудничество делает подобные проекты успешными».
Техно-спортсмен, рожденный адаптироваться
Рожденный в результате более ранней работы по моделированию энергии волн в NLR и существующего исследовательского клапана, разработанного UH, SURF-WEC превращает волновое движение в электричество.
Плавучий клапан, закрепленный недалеко от берега, размером примерно с телевизор с большим экраном, колеблется взад и вперед с каждой проходящей волной, как дверь, раскачивающаяся на петлях. Движение створки от океанских волн приводит в движение гидравлическую систему, которая прокачивает жидкость через герметичную систему, создавая давление с течением времени. Когда достигается заданное давление, оно используется для вращения двигателя, подключенного к генератору, который производит электричество.
Что делает SURF-WEC уникальным, так это его способность адаптироваться. Исследователи могут удаленно регулировать реакцию системы на волны, тестируя как пассивное, так и активное режимов, чтобы лучше понять, как более эффективно улавливать энергию.
«Проведено много теоретических исследований по сравнению активных систем с пассивными системами», - сказал Фридман.
Пассивные системы собирают энергию, не адаптируясь к условиям наступающих волн, что может ограничивать их эффективность. Активные системы могут адаптироваться к изменяющимся волнам в реальном времени и теоретически улавливать больше энергии.
другая история. Активные системы также приводят к большим потерям, - сказал Фридман. - Что интересно, так это то, что со своего рабочего места в Колорадо я могу нажать кнопку и переключить SURF-WEC между активным и пассивным режимами».и механические корректировки - энергия, используемая WEC, которая не попадает в сеть.
Создан для работы
Прежде чем SURF-WEC достиг океана, он был построен и протестирован по частям в лаборатории.
Исследователи NLR объединили гидродинамические модели, разработанные с партнерами из UH Manoa, с помощью инструментов волнового моделирования, таких как WEC-Sim, с детальными моделирование системы отбора мощности - «механизма, который преобразует волновое движение в полезную электроэнергию», чтобы понять, как закрылок будет колебаться и сколько энергии он может генерировать в различных условиях.
Эти идеи легли в основу конструкции гидравлической системы, которая затем была построена и испытана в NLR в Колорадо. После сборки компонентов в кампусе Flatirons исследовательская группа NLR использовала электрический привод, чтобы имитировать движение закрылка в океанской волне, что позволило им нужно было протестировать и усовершенствовать систему SURF-WEC в контролируемой среде.
Сухие испытания в кампусе NLR Flatirons позволили исследовательской группе оценить производительность системы, понять потери эффективности всей системы и протестировать работу в экстремальных условиях. Фото Грегори Купера, Национальная лаборатория Скалистых гор.
Через несколько часов после развертывания SURF-WEC начинает улавливать энергию волн недалеко от исследовательского пирса Макай. Исследователи Rockies NLR также разработали MODAQ 2.0, специальную платформу данных и управления, используемую для мониторинга производительности и эксплуатации системы. Платформа служила цифровой основой проекта, позволяя исследователям собирать данные, отслеживать условия и управлять работой системы в ходе испытаний. После проверки вся установка была адаптирована «герметизирована, защищена и усилена» для работы в экстремальных морских условиях.
Лаборатория, выход в океан
После двух лет моделирования, построения, тестирования и проверки системы в лаборатории NLR проект достиг важной вехи: развертывание в открытом океане.
После отправки на Гавайи и сборки в кампусе UH Manoa команда загрузила грузовики компонентами SURF-WEC и отправилась на исследовательский пирс Макай.
Годы инженерной работы завершились несколькими днями логистики. Исследователи осторожно разгрузили SURF-WEC на исследовательском пирсе Макай, где вскоре устройство будет собрано и развернуто в гавайских водах. Фото Тейлора Мэнкла, Национальная лаборатория Скалистых гор. 
После разгрузки системы исследовательская группа установила коробку отбора мощности, гидравлические шланги и раму SURF-WEC на берегу, прежде чем подготовить устройство к развертыванию в воде. Фото Тейлора Мэнкла, Национальная лаборатория Скалистых гор. 
Из-за надвигающегося шторма исследовательская группа решила развернуть только корпус SURF-WEC, а остальные компоненты последуют за ним после того, как шторм пройдет. Буи, прикрепленные к раме, помогли дайверам аккуратно опустить его в воду и облегчили обращение с конструкцией во время развертывания. Фото Джоша Бауэра, Национальная лаборатория Скалистых гор. Но незадолго до развертывания команда столкнулась с неожиданной проблемой: мощный шторм Кона приближался к острову Оаху, принося сильный ветер и волновые условия, намного превосходящие те, которые исследователи ожидали на основе исторических данных о волнах.
Вместо того, чтобы бросать всю систему в воду, команда зафиксировала только раму и переждала шторм.
Вернувшись в лабораторию UH Manoa, исследователи запустили обновленное моделирование в режиме реального времени. данные с близлежащих буев-корректировщиков, перерасчет того, как система может отреагировать, как только условия стабилизируются.
Два дняпозже, после худшего шторма и нового моделирования, команда приступила к развертыванию.
С помощью исследователей NLR и UH Manoa, координирующих работу между пирсом, лабораторией и водой, команда установила остальную часть системы недалеко от берега, закрепив ее на морском дне и подключив обратно к пирсу.
«Всего лишь небольшая команда и вилочный погрузчик...» и все, что потребовалось чтобы получить все в воде», - сказал Кимбалл Милликен, инженер-исследователь в области морской энергетики UH Manoa, который руководил развертыванием с суши на море.
Закрылки и морская система отбора мощности установились на свои места под поверхностью, а кабели вернулись к берегу, где MODAQ 2.0 был готов принимать и обрабатывать данные.
Затем, после нескольких дней наблюдения за погодой, наступил момент истины.
«У нас есть энергия»
Пока дайверы плыли обратно к берегу, закрепив все на месте, Фридман и коллеги-исследователи терпеливо собирались вокруг системы MODAQ, чтобы прочитать входные данные.
«Мы получили энергию», - поделился Фридман, когда команда праздновала на пирсе.
Исследователь морской энергетики NLR Брай Фридман просматривает текущие данные по MODAQ в качестве SURF-WEC производит свои первые ватты в открытом океане. Фотографии Аманды Мортон, Национальная лаборатория Скалистых гор. Прошло более пяти месяцев с момента развертывания системы, и уже начинают появляться идеи. Команда планирует держать SURF-WEC в воде в течение года, собирая данные для поддержки будущих исследований в области морской энергетики и развития технологий.
Под водой возле исследовательского пирса Макай, закрылка SURF-WEC. движется вместе с набегающими волнами, преобразуя движение океана в механическую энергию, которая приводит в действие механизм отбора мощности системы. Фото Джоша Бауэра, National Lлаборатория Скалистых гор. 
Система отбора мощности SURF-WEC улавливает энергию движения закрылков, когда устройство работает в реальных условиях океана. Данные, собранные с помощью системы, помогут исследователям лучше понять и улучшить будущие технологии морской энергетики. Фото Джоша Бауэра, Национальная лаборатория Скалистых гор. 
Сейчас SURF-WEC работает на шельфе исследовательского пирса Макай и собирает реальные данные о производительности из-под поверхности океана. Исследовательская группа планирует держать систему в воде до года, изучая ее работу в меняющихся условиях океана. Фото Джоша Бауэра, Национальная лаборатория Скалистых гор. «Вся цель исследования - учиться», - сказал Сену Сирнивас, главный исследователь NLR, который возглавляет портфель работ. "Было бы здорово, если бы SURF-WEC оставался в воде в течение года. Но даже если этого не произойдет, это все равно успех. Мы учимся, и эти уроки будут переданы сообществу."
Любой может следить за происходящим в режиме реального времени через подачу данных системы. Пока SURF-WEC продолжает работать за рубежом, исследователи из NLR собирают информацию, необходимую для публикации окончательного отчета, который будет общедоступен.
«Мы берем что-то с доски, создаем это в лаборатории, а затем видим, как это работает в океане», - сказал Фридман. «Вот что делает это таким захватывающим».
Подобно серферу, ожидающему очереди, SURF-WEC наконец-то занял свое место. северо-восток - «изучая время, проведенное в открытой воде, и собирая столь необходимые данные.
Это work финансировался Управлением гидроэнергетики и гидрокинетики Министерства энергетики.
Интересно узнать больше». Посетите данные из открытого источника SURF-WEC и узнайте, как сотрудничать с NLR в области морской энергетики. Подпишитесь на «The Current» «Информационный бюллетень NLR о гидроэнергетике», чтобы быть в курсе последних новостей.
