Испанские исследователи предложили необычный способ вырабатывать возобновляемую энергию — без турбин и вращающихся лопастей. Вместо них в работу вступают вибрации, которые обычно считаются врагом инженеров. Оказалось, что колебания, возникающие в потоке воды, можно не гасить, а использовать с пользой.
Разработку представила команда под руководством Франсиско Уэры из Университета Ровира-и-Вирхили (URV) в Каталонии. В основе системы — простой цилиндр, погружённый в поток и подвешенный на валу. Минимум деталей под водой и максимум оборудования — на поверхности. Звучит слишком просто? Именно в этом и состоит идея.
Вихреобразование и маятник
Когда вода обтекает цилиндр, за ним возникают крошечные вихри — физики называют это явление срывом вихрей (vortex shedding). Вихри формируются поочерёдно с разных сторон цилиндра и создают переменные силы, которые толкают его то в одну, то в другую сторону.
В результате цилиндр начинает раскачиваться, словно подводный маятник. Эти механические колебания передаются на вал, а уже он может быть соединён с генератором, расположенным вне воды.
«Прелесть системы в том, что в воде находится только цилиндр, — поясняет Франсиско Уэра. — Вал, трансмиссии и генератор могут быть вынесены наружу». Это резко упрощает конструкцию и снижает требования к обслуживанию.
Почему отсутствие турбин — это важно
Сегодня морская и речная энергетика в основном опирается на подводные турбины — осевые или поперечного потока. Они способны извлекать 25–35 % доступной энергии, но за это приходится платить сложностью конструкции. Солёная вода ускоряет коррозию, а морские организмы — от водорослей до ракушек — охотно обживают лопасти, снижая эффективность и вызывая поломки.
Новая система отказывается от вращающихся элементов под водой. Вместо них — вибрирующий цилиндр, которому нечего заклинивать и почти нечему изнашиваться. Это особенно важно для мест, где регулярное обслуживание затруднено или слишком дорого.
Испытания и эффективность
Прототип протестировали в гидроканале лаборатории взаимодействия жидкости и конструкций URV. Датчики отслеживали угол колебаний цилиндра, а электромагнитный тормоз на валу имитировал различные нагрузки, словно система уже подключена к реальному генератору.
Результат — коэффициент полезной мощности около 15 %. Это примерно вдвое меньше, чем у классических турбин, но соответствует показателям других технологий, основанных на вибрациях цилиндров.
Хотя по эффективности система уступает турбинам (15–17 % против 25–35 %), её сильная сторона — компактность и механическая простота. Всё сложное оборудование можно разместить на плавучей платформе, оставив в воде лишь цилиндр.
Такой подход делает технологию перспективной для суровых условий: приливных течений, свободно текущих рек без плотин и даже для адаптации под ветровую энергетику. Любопытно, что инженеры фактически перевернули классическую задачу: вибрации, которые раньше разрушали подводные трубопроводы, теперь становятся источником энергии.
Подтвердив работоспособность концепции, команда планирует увеличить эффективность отбора энергии, расширить диапазон рабочих скоростей потока и изучить, как группы таких устройств могут взаимодействовать между собой. Массива из нескольких цилиндров теоретически можно добиться высокой энергетической плотности без усложнения конструкции.
Интересно, что на фоне этой работы в области морской энергетики появляются и другие альтернативные подходы. Например, компания Eco Wave Power недавно запустила пилотный проект в порту Лос-Анджелеса, где энергия волн улавливается с помощью так называемых «голубых лопастей» — поплавков с гидравлическими цилиндрами, преобразующих вертикальное движение воды в стабильный поток электроэнергии.
Результаты исследования испанской команды опубликованы в журнале Journal of Fluids and Structures.
