Ископаемые ресурсы истощаются, поэтому во всём мире внедряется возобновляемая энергетика. Однако солнечные и ветровые установки зависят от погоды и климата. Учёные ПНИПУ создали методику, которая позволит проектировать маломощные генераторы для преобразования колебаний волн в электричество. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
В настоящее время значительная часть электроэнергии и тепла производится из ископаемых видов топлива, таких как нефть, газ и уголь. Согласно последним исследованиям, человечество потребляет на 73% больше ресурсов, чем Земля способна воспроизвести за год. Ископаемые запасы истощаются, а их добыча становится всё более дорогостоящей.
Солнечная и ветровая энергия зависят от погодных условий, времени суток и географического расположения, что ограничивает их повсеместное использование. Однако существует альтернативный источник возобновляемой энергии, доступный практически повсеместно, но пока мало используемый, – это энергия механических колебаний. Вода заставляет поплавок или платформу подниматься и опускаться, преобразуя эти движения в электричество.
Этот источник энергии можно использовать для питания датчиков мониторинга, метеостанций, океанографических буев, систем связи и навигации. Всё это должно функционировать автономно, вдали от городов, где нет доступа к кабелям или часто бывает пасмурная погода. Без таких систем невозможно своевременно предупреждать стихийные бедствия и контролировать состояние важной инфраструктуры.
Однако один поплавок не способен преобразовывать колебания в электричество, поэтому к нему подключают линейный генератор. Основная проблема существующих конструкций заключается в их высокой мощности: они представляют собой крупные, тяжёлые и дорогостоящие установки, предназначенные для снабжения целых посёлков или предприятий. Для питания небольших устройств такие генераторы не подходят.
Учёные из ПНИПУ разработали методику, позволяющую создавать маломощные линейные генераторы. Новая конструкция способна выдавать в среднем около 33 ватт мощности, что достаточно для питания датчиков, метеостанций и других автономных устройств.
Обычно при проектировании расчёты проводятся для «идеальных» условий, что приводит к неточности результатов. Новая методика учитывает реальные условия эксплуатации: ток генерируется импульсами, а генератор теряет часть энергии в процессе преобразования движения в электричество.
Инженеры выбрали цилиндрическую форму генератора, используя магниты из термостойкого и коррозионностойкого сплава самарий-кобальт. Это обеспечивает герметичность и долговечность устройства даже в агрессивной морской среде. Полная зарядка аккумулятора емкостью 10 ампер-часов занимает не более четырёх часов.
«Используя новую методику, мы построили компьютерную модель конструкции и сымитировали для нее реальные условия работы, как при настоящей волне. Далее смотрели, какие силы возникают внутри, как ведет себя магнитное поле, ток и напряжение, насколько плавно двигаются детали. Результаты моделирования показали, что при типичных условиях генератор выдает до 33 ватт. Именно такая мощность нужна для зарядки стандартных аккумуляторов в автономных системах», – отметил Денис Опарин, старший преподаватель кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ.
Подвижная часть конструкции функционирует плавно, без рывков и излишней вибрации, что способствует снижению износа и повышению надёжности устройства. В настоящее время линейные генераторы преимущественно создаются для применения в системах с высокой мощностью, таких как волновые электростанции и крупные промышленные установки. Исследователи из ПНИПУ сосредоточились на разработке питания для небольших автономных устройств, расположенных вдали от инфраструктуры. Новая методика расчётов, впервые разработанная для маломощных генераторов, комплексно учитывает нелинейные нагрузки и реальную форму волновых воздействий. Это решение позволит обеспечивать энергией автономные объекты даже в самых удалённых и труднодоступных местах, включая метеостанции, океанографические буи, навигационные маяки, а также датчики, установленные на трубопроводах и мостах. Публикация статьи была размещена в журнале «Электротехника, информационные технологии, системы управления».
Пермские учёные работают над экологическими и энергетическими задачами одновременно. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные Пермского Политеха нашли способ сделать нейросеть точнее в поиске незаконных свалок по спутниковым снимкам.