Tańsza energia z morskich fal dzięki nowym koncepcjom
Naukowcy uczestniczący w finansowanej z funduszy unijnych inicjatywie POLYWEC (New mechanisms and concepts for exploiting electroactive polymers for wave energy conversion) opracowali nową klasę polimerowych przetworników energii fal (WEC), które wykorzystują generatory wykonane z elastomerów dielektrycznych (DEG), aby pozyskiwać energię z fal morskich w ekonomicznie opłacalny sposób. Generatory DEG są odkształcalnymi kondensatorami wyposażonymi w dielektryczną, kauczukową powłokę i zgodne warstwy elektrod, które mogą być wykorzystywane do przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną w oparciu o zasadę działania kondensatorów zmiennych w generatorach elektrostatycznych. W porównaniu z konwencjonalnymi technologiami, generatory DEG mogą poszczycić się wysoką gęstością energii, wyjątkowo niskimi kosztami, cykliczną pracą w oparciu o napęd bezpośredni, zadowalającą odpornością na wstrząsy i korozję, cichą pracą, wysoką wydajnością oraz niskimi lub umiarkowanymi kosztami eksploatacji. Cechy te czynią z nich potencjalnie przełomową technologię dzięki wykorzystaniu niedrogich, półprzewodnikowych i wykonanych z kauczuku przetworników WEC, których konstrukcja nie zawiera ruchomych, sztywnych komponentów ani mechanizmów. Partnerzy projektu stanowili interdyscyplinarny zespół naukowców i inżynierów z ośrodków akademickich i podmiotów przemysłowych, którzy rozpoczęli pracę od zaprojektowania różnych przetworników energii fal na bazie DEG działających w oparciu o zasadę unoszącej się boi, falującej klapy czy oscylującego słupa wody (z ang. Oscillating Water Column, OWC). Zespół inicjatywy POLYWEC przygotował modele sprzężone w oparciu o podejście hydrodynamiczne w kontekście energii fal morskich, a także modele analityczne elektro-hiperelastycznej reakcji generatorów w celu przewidywania reakcji dynamicznej polimerowych przetworników WEC. Precyzyjne i zatwierdzone modele elektro-hiperelastyczno-hydrodynamiczne opracowane przez naukowców pozwoliły matematycznie opisać reakcję przetworników energii fal działających w oparciu o generatory DEG. Oprócz sektora energii fal morskich modele te mogą znaleźć zastosowanie w branży biomedycznej w celu symulacji oddziaływań pomiędzy cieczami a miękkimi, elektrochemicznymi urządzeniami medycznymi. Uczeni zaprojektowali generator DEG wykorzystujący okrągłą membranę ciśnieniową wykonaną z licznych warstw kauczuku o właściwościach izolacyjnych oddzielonych warstwami kauczuku przewodzącego prąd elektryczny (CD-DEG). Urządzenie to może być stosowane jako alternatywa dla tradycyjnej turbiny powietrznej. Zaprojektowano także urządzenia w skali doświadczalnej, które zostały następnie przetestowane z użyciem mocy w zakresie 1 – 4 W, co w skali rzeczywistej odpowiada kilkuset kilowatom. Stanowiło to ważny krok na drodze do wdrożenia generatorów DEG w sektorze energii pozyskiwanej z fal morskich.
Słowa kluczowe
Przetworniki energii fal, POLYWEC, polimery elektroaktywne, generatory wykonane z elastomerów dielektrycznych, elektro-hiperelastyczny