Исследователи начинали с существующей компьютерной модели под названием SWAN. (Это название расшифровывается как Simulating WAves Nearshore.) SWAN была разработана исследователями из Университета Делфта в Нидерландах. Она предсказывает силу и местоположение энергии океанских волн. Для этого он учитывает такие факторы, как ветер, особенности дна океана и взаимодействие между несколькими волнами.
Морим Насименто и Картрайт адаптировали SWAN для применения на юго-востоке Австралии. Они добавили подробности о глубине воды в пределах 50 километров (31 мили) от берега. Они также поместили данные о ветрах и волнах в регионе. Затем они протестировали модель, используя данные с буев в океане. Инженеры откорректировали модель до тех пор, пока она точно не предсказала количество регистрируемой буями энергии волн.
Эта карта показывает, где энергия волн наиболее доступна в океанах по всему миру. Красные области имеют наибольшую энергию волн, а фиолетовые - наименьшую. Большая часть богатой волнами области находится слишком далеко от суши, чтобы быть полезной для преобразователей энергии. Инженеры используют компьютерные модели, чтобы найти волновые "горячие точки" ближе к берегу.
Модель помогла команде найти "горячие точки" - места с тем, что Картрайт описывает как "обилие волновой энергии". Каждый участок находится в пределах 5 километров (3 миль) от берега в воде глубиной не более 22 метров (72 футов). Это идеальные условия, объясняет он, потому что с этих участков проще и дешевле доставить энергию на берег, чем с дальнего расстояния.
"Там, в океане, естественной энергии более чем достаточно", - говорит он. "Задача состоит в том, чтобы использовать и преобразовывать достаточно этой энергии в энергию", - говорит он. Частью этого вызова является сам океан. Волны постоянно стучат по оборудованию. Оборудование также может испытывать некоторые экстремальные погодные условия. Очень большие штормовые волны могут повредить преобразователи, говорит Картрайт. И, добавляет он, соленая морская вода ржавеет или ломается, любые металлические детали.
Генераторы энергии волн бывают разных форм и размеров. Некоторые конструкции бобины или плавают на поверхности (1, 2, 4) или переворачиваются из стороны в сторону (3). Другой тип реквизитов энергии волн при их падении на берег (5). Другие сидят у морского дна (6).
Морской ковёр
Ученые и инженеры пытаются различными способами преодолеть эти трудности. Их идеи привели к созданию многих типов конструкций. Некоторые преобразователи плавают на поверхности, привязанные к волнообразующим генераторам на дне океана. У других один конец прикреплен к морскому дну, а другой свободно переворачивается из стороны в сторону, когда над ним омывают волны. Другие используют давление воздуха или воды для выработки электроэнергии.
Ковер из волн лежит у побережья в воде на глубине около 18 метров (60 футов). Как только волны проходят над поверхностью, ковер движется вместе с ними и поглощает их энергию.
Одна из новейших систем немного похожа на плоский ковер. Мохаммад-Реза Алам и его команда из Калифорнийского университета в Беркли спроектировали конвертер, имитирующий грязное морское дно. Места с большим количеством грязи хорошо поглощают входящие волны, объясняет Алам. Рыбаки на мелководье часто направляются в грязные районы, когда наступает суровая погода. Лодки, свисающие там, защищены от больших волн во время шторма.
Если грязь может поглощать столько энергии, Алам рассуждает, то преобразователь энергии, который действует как грязь, должен делать то же самое. Это сделает его чрезвычайно эффективным при сборе энергии волн.
Ковровая" часть его конвертера сделана из гладкого резинового листа. Он покоится у морского дна, где вместе с волнами может изгибаться и изгибаться. При движении вверх и вниз он выталкивает столбы в поршневой насос и из него. Насос преобразует движение поршня в электричество, которое затем движется по кабелю к электрической сети.
По словам Алама, ковер способен удалять почти всю энергию из волн. И он сможет снабжать электроэнергией многие дома. Каждый час, говорит он, "каждый квадратный метр ковра может получать около 2,5 киловатт [электричества] из воды у побережья Калифорнии". Это в два раза больше электричества, используемого каждый час типичным американским домом.
Мохаммед-Реза Алам и его команда в Калифорнийском университете в Беркли обсуждают свой ковёр волны, который использует энергию океанских волн для производства электричества.
"Если мы хотим получить ту же самую энергию от солнца, - говорит Алам, - нам нужно 14 квадратных метров [151 квадратный фут] солнечных батарей." Это в 14 раз больше! Он говорит, что полноразмерный ковер с волнами, вероятно, будет около 10 метров (33 фута) в ширину на 20 метров (66 футов) в длину. Таким образом, он должен быть способен вырабатывать 500 киловатт электроэнергии в час - достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией более 400 домов - круглосуточно.