DEEC-Tec. Patent na wykorzystanie natury
Odzież, która ładuje twój inteligentny zegarek podczas spaceru, budynki, które wibrują na wietrze i zasilają oświetlenie mieszkania, droga, która wydobywa energię z tarcia wytwarzanego przez poruszające się samochody, elastyczne struktury, które zmieniają kształt fal oceanicznych, aby generować czystą energię elektryczną.
Opis brzmi trochę jak fragment powieści science fiction, tymczasem to wszystko jest już na wyciągnięcie ręki. Już wkrótce będziemy mogli wykorzystać te naturalnie występujące źródła energii dzięki raczkującej gałęzi technologii, która właśnie zdobyła swój pierwszy patent. Chodzi o rozproszone wbudowane technologie konwerterów energii (w skrócie DEEC-Tec).
Kto zajmuje się DEEC-Tec?
Te nie do końca jeszcze zbadane obszary badań eksploruje amerykańskie Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (National Renewable Energy Laboratory – NREL). Jest to instytucja specjalizująca się w badaniach i rozwoju energii odnawialnej, efektywności energetycznej, integracji systemów energetycznych i zrównoważonego transportu.
NREL jest finansowanym z funduszy federalnych centrum badawczo-rozwojowym sponsorowanym przez Departament Energii. Jest także siedzibą Narodowego Centrum Fotowoltaiki, Narodowego Centrum Bioenergii i Narodowego Centrum Technologii Wiatrowych.
W 2020 roku NREL dysponował budżetem prawie pół miliarda dolarów, przeznaczanym na programy technologii odnawialnej. W tym energii słonecznej. energii wiatrowej, bioenergii, wodoru i ogniw paliwowych, energii geotermalnej i wodnej.
DEC-Tec, czyli rozproszone wbudowane technologie konwerterów energii otrzymały właśnie swój pierwszy patent, którego beneficjentem jest NREL.
Ten patent jest przeznaczony do zastosowań w morskiej energii odnawialnej – czystej energii generowanej z fal oceanicznych i rzecznych, prądów i pływów.
DEEC-Tec koncentruje się na łączeniu wielu małych konwerterów energii w jedną strukturę, która zbiera znacznie szerszy zakres energii fal oceanicznych niż konwencjonalne podejścia. Jednym z najbardziej innowacyjnych elementów DEEC-Tec jest jego zdolność do tworzenia elastycznych konwerterów energii fal oceanicznych, czasami znanych jako flexWECs. Takie urządzenia mogą rozciągać, skręcać, zginać, rozszerzać się lub ulegać innym deformacjom strukturalnym, które z kolei umożliwiają im pozyskiwanie energii z ruchu fal oceanicznych za pośrednictwem wielu małych rozproszonych wbudowanych konwerterów energii.
Ilustracja Besiki Kazaishvili, NREL
Jak wykorzystać nową technologię?
Wykorzystując te cechy, struktury DEEC-Tec mogą przekształcać energię fal oceanicznych w energię elektryczną w całej strukturze. Wszędzie tam, gdzie energia oceanu powoduje dynamiczne odkształcenia struktury, konwersja energii może zachodzić bezpośrednio.
Ale DEEC-Tec może ostatecznie przekształcić źródła codziennej energii, w tym prawie wszystkie ruchy fizyczne lub dynamiczne zmiany kształtu, w elektryczność lub inne formy energii użytkowej.
Urządzenia oparte na DEEC-Tec (np. flexWEC) nie mają dyskretnych połączeń ani mechanicznych mechanizmów zawiasowych. Poszczególne konwertery energii są po prostu bardzo małymi przetwornikami. Wykorzystują dynamiczne odkształcenia strukturalne jako wejście i energię elektryczną, na przykład, jako wyjście. Przetworniki te mogą wykorzystywać dowolną technikę zdolną do tłumienia lub uruchamiania ruchu w strukturze DEEC-Tec. Dielektryczne generatory elastomerowe, rodzaj przetwornika, są jednym z takich przykładów.
„Domena DEEC-Tec rośnie i ma perspektywy” – powiedział Blake Boren, starszy inżynier w NREL. Wraz z Jochem Weberem, głównym inżynierem programu energii wodnej NREL, główny beneficjent patentu. DEEC-Tec może równie dobrze przenieść się do budynków, odzieży i dróg, choć swoje początki ma w oceanie. „Patent pokazuje, że nabieramy rozpędu w owocnym obszarze badań” – powiedział Boren.
Jak działa DEEC-Tec i FlexWEC?
W technologii DEEC-Tec poszczególne konwertery energii współpracują ze sobą, podobnie jak komórki mięśniowe, tworząc większą strukturę. Większość urządzeń wykorzystuje jeden generator do przekształcania energii oceanicznej w użyteczne, czyste i odnawialne źródła energii, w tym energię elektryczną. Ale DEEC-Tec gromadzi wiele małych konwerterów, tworząc jeden większy, często elastyczny konwerter energii.
„DEEC-Tec daje naukowcom i programistom zupełnie nowy sposób myślenia o tym, jak przekształcić energię morską z fal oceanicznych, pływów i prądów w bardziej użyteczne formy energii, takie jak elektryczność” – powiedział Boren.
Elastyczne konwertery energii fal oceanicznych, w skrócie flexWEC, są jedną z najważniejszych cech DEEC-Tec. Dzięki zastosowaniu kilku maleńkich rozproszonych wbudowanych konwerterów energii, takie urządzenia mogą rozciągać, skręcać, zginać, rozszerzać lub doświadczać innych deformacji strukturalnych, które pozwalają im zbierać energię z ruchu fal
Te małe konwertery energii, połączone, mogą stanowić podstawę tkanin, przegród, struktur wsporczych, budując szereg struktur przekształcających energię opartych na DEEC-Tec. FlexWEC są w stanie wychwytywać i przekształcać fale w użyteczną energię w całej ich strukturze. Dlatego konwertery energii będą służyć do przekształcania energii fal w energię elektryczną. Niezależnie od tego, gdzie i jak oddziałuje ona ze strukturą urządzenia.
Konwertery energii fal oparte na DEEC-Tec mogą wyglądać jak balony, które kurczą się i rozszerzają, węże, które falują, lub łopatki, które skręcają się i wyginają, aby wykorzystać energię fal oceanicznych.
Ilustracje Besiki Kazaishvili, NREL
Te adaptowalne balony, węże i wiosła mogą również przynieść duże korzyści. Elastyczne konwertery energii fal, mogą wykorzystywać i przekształcać fale w użyteczną energię w całej ich strukturze. Bez względu na to, gdzie i jak energia fali oddziałuje ze strukturą urządzenia, konwertery będą przekształcić tę falę w moc.
FlexWEC są w czołówce technologii, która umożliwi wytwarzanie energii fal. Mogą również umożliwić wykorzystanie energii ze znacznie szerszego zakresu lokalizacji oceanicznych i częstotliwości energii fal.
„Pewnego dnia u wybrzeży Kalifornii, Oregonu lub Waszyngtonu mogą powstać morskie farmy energii odnawialnej oparte na DEEC-Tec. Z tego typu konwerterami energii fal potencjalnie zasilającymi społeczności przybrzeżne lub sieć energetyczną w ogóle” – powiedział Boren.
Mniejsze koszty – większe szanse
Jedną z ostatnich już przeszkód, które kwitnący przemysł energii morskiej musi pokonać, aby zacząć zasilać te społeczności, są wysokie koszty przedsięwzięcia. A elastyczne urządzenia DEEC-Tec mogą zaoferować szczególnie opłacalny sposób wykorzystania energii fal. Ponieważ flexWEC obsługują znacznie więcej niż jeden konwerter energii, mogą wymagać mniej podróży konserwacyjnych; gdyby tylko mała grupa maleńkich konwerterów wymagała naprawy, wszystkie inne mogłyby kontynuować pracę.
Dodatkowym atutem są stosunkowo niskie koszty zakupu i montażu materiałów. Dominującymi materiałami są polimery, które są powszechne i mogą być wytwarzane na przykład przy użyciu ugruntowanych praktyk montażu roll-to-roll. Jest to proces tworzenia urządzeń elektronicznych na rolce z elastycznego tworzywa sztucznego, który znaczne obniża koszty produkcji.
Proste mechanizmy wdrażania i przetrwania także przemawia na korzyść tej technologii. Większość modeli można łatwo zwinąć, spakować i schować, w razie potrzeby, w celu rozmieszczenia i uniknięcia sztormów oceanicznych.
FlexWEC mogą być również zbudowane z bardziej zrównoważonych, opłacalnych materiałów. Dzięki temu będą łatwiejsze do zainstalowania i kontrolowania po zamontowaniu. Większa kontrola może oznaczać zwiększoną produkcję energii. Umożliwiając operatorom dostosowanie się do zmieniających się warunków oceanicznych w celu wykorzystania jak największej ilości energii potencjalnej.
Patent otwiera nowe możliwości
Ponieważ technologia DEEC-Tec jest wciąż stosunkowo nowa, Boren i jego zespół ciężko pracują, aby dokładnie zbadać, w jaki sposób może pomóc stworzyć nową generację morskich urządzeń energetycznych. Lub innych materiałów wytwarzających energię. Niedawno otrzymany patent jest znacznym krokiem w kierunku przyszłości DEEC-Tec.
„Patent daje dalszą wiarę w to, czym MOŻE stać się DEEC-Tec” – mówi Boren. „Teraz mamy opatentowaną podstawę do dalszego rozwoju i promowania DEEC-Tec. Zarówno w NREL jak i z naszymi zewnętrznymi współpracownikami i przemysłem.”
Potencjał zastosowań nowej technologii jest ogromny. Ciekawe czy zostanie w pełni wykorzystany i to dla dobra większej grupy osób, niż tylko odbiorcy energii z fal morskich.
Czytaj także: Czy skoncentrowana energia słoneczna zbawi naszą planetę?
Wykorzystano materiały: The National Renewable Energy Laboratory
