از امواج نامنظم تا برق ۲۴ ساعته؛ این اختراع ژاپنی بازی انرژی پاک را عوض می‌کند‌

به گزارش فانی لند به نقل از تجارت نیوز

پژوهشگران دانشگاه اوساکا روشی نوآورانه مبتنی بر ژیروسکوپ ارائه کرده‌اند که می‌تواند در تمام فرکانس‌های موج تا نصفِ حداکثر راندمان جذب انرژی را حفظ کند؛ دستاوردی که محدودیت مبدل‌های موج سنتی را برطرف می‌کند.

به گزارش تجارت نیوز، در مسیر جهانی کنار گذاشتن سوخت‌های فسیلی، انرژی‌های تجدیدپذیر نقش کلیدی دارند. انرژی خورشیدی و بادی پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند، اما یک ضعف مشترک دارند: وابسته بودن به شرایط زمانی و آب‌وهوایی. در مقابل، انرژی امواج اقیانوس منبعی پایدارتر و قابل‌پیش‌بینی‌تر محسوب می‌شود، زیرا رفتار امواج تا حد زیادی بر اساس الگوهای جزر و مد قابل پیش‌بینی است. با این حال، استخراج مؤثر انرژی از امواج همیشه چالش‌برانگیز بوده است. اکنون دانشمندان ژاپنی با رویکردی مبتنی بر ژیروسکوپ، راه‌حلی تازه برای این مشکل ارائه داده‌اند.

مشکل مبدل‌های موج سنتی

بیشتر مبدل‌های انرژی موج (WEC) تنها در بازه محدودی از شرایط موج عملکرد مطلوب دارند. در اقیانوس واقعی، امواج دائما در حال تغییر هستند و به‌ندرت در یک فرکانس ثابت باقی می‌مانند. همین موضوع باعث می‌شود تولید انرژی این سامانه‌ها متناوب و محدود شود. بنابراین برای بهره‌برداری واقعی از انرژی موج، فناوری‌ای لازم است که بتواند در طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها کار کند.

راهکار جدید: مبدل ژیروسکوپی انرژی موج (GWEC)

پژوهشگران یک سامانه نو به نام «مبدل انرژی موج ژیروسکوپی» یا GWEC طراحی کرده‌اند. این دستگاه از یک چرخ طیار چرخان درون یک سازه شناور استفاده می‌کند. اصل کار آن بر پایه پدیده‌ای به نام «حرکت تقدیمی ژیروسکوپی» است؛ حرکتی که وقتی نیروی خارجی به یک جسم در حال چرخش وارد می‌شود، جهت محور چرخش آن تغییر می‌کند.

در این سیستم، وقتی شرایط موج تغییر می‌کند و یک مبدل معمولی کارایی خود را از دست می‌دهد، چرخ طیار وارد حرکت تقدیمی می‌شود و همچنان انرژی مکانیکی تولید می‌کند. این حرکت سپس به ژنراتور منتقل می‌شود و به برق تبدیل می‌گردد.

تاکاهیتو ایدا، از پژوهشگران این پروژه، توضیح می‌دهد که دستگاه‌های موج معمولا به دلیل تغییر مداوم شرایط اقیانوس با مشکل مواجه می‌شوند، اما سیستم ژیروسکوپی می‌تواند طوری تنظیم شود که حتی با تغییر فرکانس موج، جذب انرژی بالا باقی بماند.

مدل‌سازی و آزمایش عملکرد

برای تحلیل این فناوری، پژوهشگران از نظریه موج خطی استفاده کردند تا تعامل میان امواج، سازه شناور و ژیروسکوپ را مدل‌سازی کنند. با این مدل‌ها، پارامترهای بهینه کنترل برای چرخ طیار و ژنراتور تعیین شد.

نتایج نشان داد وقتی دستگاه به‌درستی تنظیم شود، می‌تواند در تمام فرکانس‌ها به حداکثر راندمان جذب انرژی برابر با ۰.۵ (نصف مقدار ایده‌آل) برسد. نکته مهم این است که این عملکرد فقط در یک نقطه رزونانس خاص رخ نمی‌دهد، بلکه در بازه وسیعی از فرکانس‌ها امکان‌پذیر است.

برای اطمینان از صحت نتایج، تیم تحقیقاتی شبیه‌سازی‌های عددی در حوزه زمان و فرکانس انجام داد و محدودیت‌های احتمالی سامانه را نیز بررسی کرد. آن‌ها دریافتند که دستگاه در نزدیکی فرکانس رزونانس طبیعی خود بیشترین بازده را دارد؛ یعنی فرکانس‌هایی که با الگوی طبیعی امواج اقیانوس همخوانی دارند.

مزیت کلیدی: قابلیت تنظیم برای شرایط مختلف

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های GWEC این است که پارامترهای ژیروسکوپی آن قابل تنظیم هستند. این قابلیت به مهندسان اجازه می‌دهد دستگاه را برای شرایط موج متفاوت بهینه‌سازی کنند؛ قابلیتی که در سامانه‌های سنتی وجود ندارد. همین انعطاف‌پذیری می‌تواند راه را برای توسعه نسل جدیدی از مبدل‌های انرژی موج باز کند.

اهمیت جهانی این فناوری

اقیانوس‌ها منبعی عظیم و تقریبا دست‌نخورده از انرژی هستند. اگر فناوری‌هایی مانند GWEC به مرحله تجاری برسند، می‌توانند بخشی از نیاز انرژی جهان را بدون تولید گازهای گلخانه‌ای تامین کنند. چنین سیستم‌هایی به‌ویژه برای کشورهایی با سواحل طولانی، جزایر دورافتاده و سکوهای دریایی بسیار ارزشمند خواهند بود.

فناوری ژیروسکوپی برداشت انرژی موج نشان می‌دهد که با ترکیب اصول فیزیک کلاسیک و مهندسی نوین می‌توان محدودیت‌های قدیمی انرژی‌های تجدیدپذیر را برطرف کرد. دستیابی به راندمان جذب نصف مقدار ایده‌آل در تمام فرکانس‌ها، قابلیت تنظیم پارامترها و حفظ کارایی در شرایط متغیر اقیانوس، این سامانه را به گزینه‌ای امیدوارکننده برای آینده انرژی تبدیل کرده است. اگر این فناوری از مرحله آزمایشگاهی عبور کند، می‌تواند به یکی از ستون‌های تأمین برق پاک در دهه‌های آینده بدل شود.

---

---