Owocna praca leniwego prądu

Metodę opracował amerykański naukowiec, prof. Michael Bernitsas z College of Engineering Uniwersytetu Michigan.

Opiera się ona na wykorzystaniu turbulencji, zawirowań, jakie powstają w wodzie, nawet bardzo wolno płynącej, która napotyka przeszkodę. Idea polega na wykorzystaniu wirów powstających w naturalny sposób, na przykład takich, jakie tworzą się za filarem mostu, gdy opływa go prąd rzeki. Naukowcy z Michigan zajmują się tym problemem od ćwierć wieku, ale – jak podkreśla prof. Timothy Wootton, członek zespołu – pierwszy wpadł na ten pomysł i sporządzał na ten temat notatki Leonardo da Vinci. Badania finansują: amerykański Department of Energy oraz Office Naval Research.

[srodtytul]Zła sława i dobre perspektywy[/srodtytul]

Wiry wodne obarczane są winą za śmierć niezliczonych ludzi, którzy utonęli. Ale hydrolodzy uważają je za jeden z głównych czynników niszczących wysokie brzegi – wszystko jedno, czy naturalne czy sztuczne. Wiry wpływają destrukcyjnie, destabilizująco na wszelkie struktury umieszczane w nurtach wodnych. Hydrolodzy, jeśli dotychczas zajmowali się nimi, to z zamiarem poznania ich natury jako zjawiska fizycznego, aby skutecznie je neutralizować albo im zapobiegać.

Ale wiry, zwłaszcza wodne, mogą też być pożyteczne. Badacze z Michigan zaobserwowali, że potrafią korzystać z nich ryby. Dzięki falującym ruchom tylna część ciała ryby prześlizguje się pomiędzy wirami wytwarzanymi przednią częścią tułowia.

Właśnie to zjawisko zainspirowało badaczy, wykorzystali je przy budowie prototypowego generatora energii elektrycznej, który nazwali VIVACE – skrót od Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy. Prototyp został opatentowany, powstała także firma Vortex Hydro Energy, która zajmie się propagowaniem nowej technologii. Prototypowe urządzenie badane jest teraz w Marine Hydrodynamic Laboratory (University of Michigan). Próby odbywają się w rzece Detroit.

[srodtytul]Wirować z pożytkiem[/srodtytul]

Prototypowy VIVACE wygląda niepozornie – jest to pojedynczy cylinder umieszczony pionowo, dzięki czemu pod wpływem naporu wody może się obracać wokół własnej osi. Opływający go prąd sprawia, że w górnej i w dolnej części cylindra pojawiają się “przyspieszenia” wody. Jednak mają one charakter bezładny, przypadkowy. Wywołują chwilowe zmiany w ciśnieniu, jakie woda wywiera na cylinder w jego części górnej i dolnej. Te właśnie zmiany, a więc pracę wykonywaną przez cylinder, można przetwarzać w energię elektryczną.

[wyimek]2,9 km/godz. - tak mała prędkość prądu wodnego wystarcza naukowcom, aby przetwarzać go w energię elektryczną[/wyimek]

VIVACE jest w stanie generować energię elektryczną, gdy prąd opływa go z prędkością zaledwie 1,6 węzła (2,963 kilometra na godzinę). Współczesna technika nie umożliwiała dotychczas wykorzystywania w energetyce tak wolno płynącej wody. Dotychczas budowane turbiny wymagają wody płynącej z prędkością co najmniej 10 km/godz. Dlatego do pracy zaprzęgane są wodospady naturalne i sztuczne (zapory wodne). Trwają prace nad wykorzystaniem energii fal morskich, przypływów i odpływów. Ale są to warunki, w których gigantyczne masy wody poruszają się szybko.

[srodtytul]W przypadku technologii [/srodtytul]

VIVACE chodzi o wykorzystanie wody płynącej wolno. Z technicznego punktu widzenia powinno to być stosunkowo łatwe. Według amerykańskich badaczy wydajność prototypowego urządzenia korzystającego z “powolnej wody” sięga 22 proc. Jednak wkrótce powinna ulec zwiększeniu nawet dwukrotnemu.

[srodtytul]Wizja na wielką skalę[/srodtytul]

Amerykańscy hydrolodzy przewidują, że ich wynalazek może znaleźć praktyczne zastosowanie, i to na dużą skalę, już za pięć lat.Już kilka cylindrów mogłoby zasilić młynek do kawy czy latarnię. Ale wynalazcy mają większe ambicje. Elektrownie nowej generacji składałyby się z tysięcy cylindrów regularnie rozmieszczonych na dnie. Odległość między dwoma cylindrami powinna być czterokrotnie większa od średnicy cylindra, aby stworzyć warunki maksymalnie sprzyjające powstawaniu wirów.W prądzie o prędkości trzech węzłów (ok. 5,55 km/godz.), w którym będzie ustawiona nieduża instalacja składająca się zaledwie z 657 cylindrów na powierzchni 45 metrów kwadratowych, powstanie moc około 50 kilowatów. Ale hydrolodzy z Michigan mają szerszą wizję, są przekonani, że z instalacji liczącej 33 tys. cylindrów ustawionych na obszarze półtora kilometra kwadratowego można uzyskać moc rzędu gigawata, a to wystarcza dla całego miasta liczącego nawet 100 tys. mieszkańców. Cylindry instalowane na dnie nie będą stanowić przeszkody dla żeglugi ani zagrożenia dla życia pod wodą. Jedynie rybacy będą musieli omijać takie pola z daleka.

[ramka]Badacze z Michigan oparli swój wynalazek na zjawisku występującym w przyrodzie. Zaobserwowali, że ryby przesuwają się w górę wartkiego strumienia, mimo że w zasadzie są zbyt słabe, aby płynąć pod silny prąd. A jednak mogą to robić, ponieważ wykorzystują powstające w wodzie wiry. Ryby, wyginając tułów, powodują powstawanie wirów, które pchają je do przodu. Gdy wyginają tułów w drugą stronę, powstają kolejne popychające je wiry. Dzięki tym ruchom ryby czerpią z wody dodatkową siłę. Właśnie taką siłę – wiry wytwarzane przez cylinder – naukowcy zamierzają przetwarzać na energią elektryczną. [/ramka]

Masz pytanie, wyślij e-mail do autora: [mail=k.kowalski@rp.pl]k.kowalski@rp.pl[/mail]