Matematiske værktøjer forudsiger, om bølgeenergienheder forbliver flydende i havet

Havbølger repræsenterer en rigelig kilde til vedvarende energi. Men for bedst at bruge denne naturressource, bølgeenergiomformere skal være i stand til fysisk at håndtere havbølger med forskellige styrker uden at kæntre.

Forskere ved Texas A&M University har udviklet analyseværktøjer, der kan hjælpe med at karakterisere bevægelser af flydende, men forankrede bølgeenergienheder. I modsætning til komplicerede simuleringer, der er dyre og tidskrævende, de sagde, at deres teknik er hurtig, alligevel præcis nok til at estimere, om bølgeenergienheder vil vende i et stadigt skiftende havmiljø.

"Bølgeenergiomformere skal drage fordel af store bølgebevægelser for at lave elektricitet. Men når der kommer en stor storm, du vil ikke have en stor bølge, vind og aktuelle bevægelser for at ødelægge disse enheder, "sagde Dr. Jeffrey Falzarano, professor i Institut for Ocean Engineering. "Vi har udviklet meget enklere analyseværktøjer til at bedømme disse enheders ydeevne i et dynamisk havmiljø uden at kræve enorme mængder simuleringer eller fysiske modeltest, der tager meget tid at køre og er omkostningsforbudende."

De matematiske værktøjer er beskrevet online i tidsskriftet Skibe og offshore -strukturer i juli.

Bølgeenergienheder fungerer i to tilstande. I "normal tilstand, "de konverterer energien fra flodbølger til elektricitet. Således, denne tilstand bestemmer i høj grad, om designet af bølgeenergienheden er økonomisk effektivt. Imidlertid, i "overlevelse" -tilstand, eller når indfaldende bølger forårsager store bevægelser i bølgeenergienhederne, bølgeenergienhedernes ydeevne bestemmes i høj grad af et fortøjningssystem, der forankrer enhederne til et sted i bunden af ​​vandmassen.

Fortøjninger kan være af flere typer, herunder kaje og ankerbøjer, og kan arrangeres i forskellige konfigurationer. Ud over, der er betydelige variationer i formen af ​​bølgeenergienheder, gør forudsigelsen af, om enheden vil kæntre ikke -privat.

"Skibe findes i forskellige former og størrelser; tankskibe, for eksempel, er meget forskellige fra fiskefartøjer eller andre militære skibe. Disse forskellige geometrier påvirker skibets bevægelse i vandet, "sagde Falzarano." Tilsvarende formen på bølgeenergienheder kan være ret forskelligartet. "

Til analysen, Hao Wang, Falzaranos kandidatstuderende, brugte en cylindrisk bølgeenergienhed. Denne generiske form gav forskerne mulighed for at forenkle problemet med forudsigelse og udvidede deres analyse til andre bølgeenergiomformere med lignende form. Han overvejede også tre fortøjningskonfigurationer.

Hao brugte to analysemetoder, Markov og Melnikov tilgange, at forudsige risiciene ved at vende under tilfældig excitation. Mere specifikt, ved hjælp af oplysninger fra bølgeenergienhedens geometri, konfigurationen af ​​fortøjningssystemet og flodbølgeegenskaber, metoderne giver en graf, der indeholder en kuvertlignende region. Intuitivt, hvis bølgerne er virkelig store, som under en storm, og det flydende fartøj undslipper denne kuvert, det vil sandsynligvis omsætte.

Forskerne bemærkede, at selvom de analytiske modeller var helt forskellige, de gav næsten de samme resultater, validere deres fortjeneste og nøjagtighed. De sagde også, at deres matematiske tilgang kan anvendes til at vurdere ydelsen af ​​andre flydende enheder, såsom flydende vindmøller.

"Platformen til en flydende vindmølle er den samme som den for bølgeenergienheder, og så kan flydende møller også pitchpole eller omsætning, hvis bølgerne er meget høje, "sagde Falzarano." Min gruppe har været førende i udviklingen af ​​metoder til at forudsige skibsstabilitet. Vi ser nu på at anvende disse metoder til vedvarende, flydende energienheder. "