Genererer energi fra sandede floder - en uudnyttet vedvarende ressource klar til bedste sendetid?

Brugen af ​​in-stream flow (eller hydrokinetiske) energiomformere i floder ser ud til at tilbyde en anden brugbar og effektiv mulighed for at udvide vedvarende energi og begrænse kulstofemissioner i USA. Mens potentialet for in-stream-flow energihøstsystemer allerede er blevet demonstreret for floder med faste lejer, forskere har nu udviklet en skaleret demonstration af hydrokinetisk energi genereret fra en flodkanal med et sandbund. Deres resultater, detaljeret i et nyt papir udgivet i Naturenergi , viste, at modellens hydrokinetiske kraftværk kan generere energi effektivt og sikkert uden at underminere stabiliteten af ​​flodens geomorfe miljø.

I takt med at den globale interesse for at fremme bæredygtige og vedvarende energiteknologier fortsætter med at vokse, forskere har estimeret, at uudnyttet kinetisk energi kan høstes fra vandstrømmen i vandløb, floder og tidevand til at producere op til 10 procent af landets elektricitet. Nøgleideen er at installere rækker af aksial- og krydsstrømsturbiner i vandvejsleje, ligner meget "vindmølleparker under vandet, " at udnytte kinetisk energi uden behov for at bygge dæmninger som i traditionel vandkraftproduktion. Selvom der allerede er opnået lovende resultater for floder med faste lejer, gennemførligheden og potentialet af sådanne teknologier er endnu ikke blevet demonstreret for en stor klasse af floder i naturen med sandbede og vandrende klitter.

Et team af forskere, herunder Fotis Sotiropoulos, Ph.D., en SUNY Distinguished Professor og dekan for College of Engineering and Applied Sciences ved Stony Brook University, og samarbejdspartnere ved University of Minnesota St. Anthony Falls Laboratory, tog dette spørgsmål op.

Forskerne skabte et model hydrokinetisk kraftværk under kontrollerede laboratorieforhold, der er repræsentative for store sandede floder. De installerede flere neddykkede hydrokinetiske turbiner inden for en kanal på 85 meter lang og 2,75 meter bred. Kanalen gengiver hydraulikken, sediment transport, og morfodynamisk skaleringsområde for en naturlig flod under kontrollerede laboratorieforhold, hvilket gør det muligt for forskerne at kontrollere strømningshastigheden og sedimentudledning. De brugte avancerede flowmålingsteknikker og en laserscanner med høj opløsning til at visualisere, hvordan store migrerende klitter interagerer med turbinerne og påvirker ydeevnen og modstandskraften af ​​det hydrokinetiske kraftværk i et sedimentaktivt flodmiljø.

Undersøgelsen viste, at med korrekt placering af turbinerne, kraftværket kunne effektivt udvinde kinetisk energi uden at kompromittere den geomorfe ligevægt i floden og den strukturelle sikkerhed af turbinefundamenterne, selv i nærværelse af store vandrende klitter.

"Vores arbejde viser, at det er muligt at høste hydrokinetisk energi fra sandede floder uden at underminere møllernes strukturelle integritet eller forstyrre flodmiljøet. Sandede floder er fremherskende i naturen, og derfor kan vores resultater påvirke produktionen af ​​vedvarende elektricitet i samfund rundt omkring. landet og verden, " opsummerede Dean Sotiropoulos.