Исследователи из Университета дель Норте в Колумбии вместе с коллегами из Автономного университета Кампече в Мексике испытали новый способ получения энергии из морских волн. Они сделали осциллирующий буй с маховиком, который превращает подъемы и спады волн в стабильное вращение генератора. Потенциал у этого открытия велик: океан способен давать до 2,15 ТВт в год, что сопоставимо с мощностью генерации десятков атомных электростанций.
Осциллирующий буй работает просто: цилиндрический поплавок диаметром 0,2–0,8 м поднимается и опускается на волнах, передавая движение через механизм на маховик. Маховик в свою очередь сглаживает рывки, накапливает кинетическую энергию и обеспечивает равномерное вращение. В результате хаотичные колебания воды превращаются в стабильный поток механической мощности, который может быть передан на генератор.
Чтобы проверить устройство, ученые испытывали его уменьшенную модель в бассейне в Кампече размером 15×9 м. Там создавались волны высотой от 0,02 до 0,40 м и периодом от 1 до 6 секунд. Движение снимали высокоскоростной камерой, а результаты сравнивали с компьютерной моделью в OpenFOAM. Совпадение оказалось почти идеальным: погрешность составила меньше 1%.
Выяснилось, что буй работает особенно эффективно, когда его собственный ритм совпадает с ритмом волн, то есть находится в резонансе. В таком режиме мощность увеличивалась более чем втрое — с 15 до 47,6 Вт (в масштабе модели), а эффективность достигала 35%, что много для таких систем.
В ходе экспериментов выявились четкие закономерности. Когда волны становятся выше, устройство выдает больше мощности почти по прямой зависимости: например, при росте высоты с 0,08 до 0,16 м его отдача удвоилась. Но вместе с этим падает относительная эффективность: при тех же условиях коэффициент захвата энергии уменьшается почти вдвое из-за турбулентности и внутренних потерь.
Важную роль играет и размер буя. Небольшой буй диаметром 0,2 м показывает лучшие результаты при умеренных волнах. Крупный буй диаметром 0,8 м лучше справляется со штормами, но работает менее эффективно.
Главный вывод исследователей состоит в том, что универсальной конструкции не существует. Чтобы такие установки были выгодными, их нужно настраивать под конкретное море. В Карибском бассейне, где волны обычно достигают 2–3 м, оптимальны небольшие буи, рассчитанные на период колебаний около 8 секунд. В Атлантике или северных морях, где преобладает более сильное волнение, лучше подходят крупные и устойчивые конструкции.
В целом же колумбийские и мексиканские ученые в очередной раз подтвердили, что море представляет собой гигантский источник неиспользуемой энергии, и для ее генерации необходимо учитывать ритмы конкретных течений и побережий.
