Эластичные роботизированные генераторы открывают новые идеи захвата энергии

NREL заявляет, что конструкции DEEC-Tec (технологии распределенных встроенных преобразователей энергии) будут лежать в воде, позволяя волнам деформировать их во всех направлениях и получать электричество «почти от всех физических движений или динамических изменений формы».

Вместо привода в действие турбины или объединения их для приведения в действие внешнего генератора, они будут построены с использованием множества небольших гибких генераторов, каждый из которых действует как мышечное волокно, производя собственную энергию.

В одном из таких генераторов используются диэлектрические эластомеры, впервые появившиеся в конце 1990-х годов. Согласно обзору 2020 года, опубликованному в Advanced Intelligent Systems, они по существу состоят из слоя деформируемого эластичного диэлектрического материала, покрытого электродами, образующими переменный конденсатор.

^{Новые эластомерные генераторы могут получать энергию практически от любого движения.}

У них наименьшая емкость в ненагруженном состоянии, и любое отклонение от исходного состояния увеличивает их емкость, будь то растяжение, скручивание, сжатие или изгиб в любом направлении. При пиковой деформации они заряжаются через электроды, в результате чего их емкость становится равной ненапряженному состоянию, а эластичность работает против электрического заряда, возвращая их в состояние наименьшей емкости, производство больше энергии, чем было использовано для создания заряда вначале.

Как и в случае с турбинными генераторами, эти устройства могут работать в обоих направлениях, либо собирая энергию от внешних деформационных сил, либо расходуя энергию на работу в качестве исполнительных механизмов. Они также могут действовать как датчики, обеспечивая постоянную обратную связь о том, насколько растянуты по сравнению с их нормальным состоянием, и, по сути, давая информацию, из которой можно определить, сколько заряда нужно применить в данный момент времени.

В 2019 году в Шотландии был испытан генератор диэлектрического эластомера в виде резиновой мембраны на конце воздушной трубки. Он продемонстрировал способность собирать энергию как тогда, когда высокое волновое давление выталкивало воздух вверх в трубку, немного надувая резину, как воздушный шар, так и когда низкое волновое давление всасывало столб воздуха и тянуло мембрану вниз вместе с ним.

Но планы NREL идут намного дальше. Волны не только поднимаются и опускаются, они производят почти случайное движение практически во всех направлениях. Генераторы DEEC-Tec будут иметь минимально возможную прочную конструкцию. Они будут почти полностью гибкими, что позволит собирать кинетическую энергию, когда бы она ни поступала.

^{Установки в виде стены на морском дне могут генерировать энергию за счет движений изгиба и скручивания или автоматически, роботизированно позиционировать себя, чтобы воспользоваться преимуществами условий.}

Шатающаяся, гибкая структура, построенная из сотен или тысяч крошечных эластомерных генераторов, каждый из которых требует точного приложения заряда в определенные моменты, безусловно, может быть сложной для управления. Но вполне разумно полагать, что система глубокого обучения ИИ сможет понять это и быстро адаптироваться к изменяющимся условиям.

И природа этих диэлектрических эластомеров как датчика, генератора и исполнительного механизма в одном даст системе управления беспрецедентную способность изменять структуру, как мягкий робот, когда есть преимущество в принятии другой формы.

К тому же генераторы диэлектрических эластомеров здесь не единственный вариант; команда так же счастлива включить генераторы ионно-диэлектрических эластомеров, магнитострикционные генераторы и все остальное, что может иметь отношение к данному проекту в комбинации.

^{Тяжелый вес, удерживаемый в форме воздушного шара, заполненного гибкими генераторами с сеткой, может вызывать инерционное движение в любом направлении, что подчеркивает гибкость этих конструкций.}

NREL предлагает конструкции в форме стены и змеи для улавливания энергии волн, а также тяжелый шар внутри воздушного шара, наполненного упругими генераторами с сеткой, которые могут собирать инерционную энергию от движения, а также от деформации формы воздушного шара. Команда говорит, что в конечном итоге его можно будет использовать в одежде для сбора энергии и даже в зданиях или дорогах.

Команда NREL сообщает, что эти вещи можно легко изготовить из недорогих экологически чистых материалов. Они обеспечивают определенную степень избыточности: даже если несколько генераторов в данной структуре сломаются и перестанут работать, в сети все равно будут работать сотни других. В целом, команда надеется доказать, что такой тип генератора волновой энергии дешев, безопасен, не требует особого обслуживания, масштабируем и способен внести достойный вклад в энергосистему.

Пока что есть много неизвестных, в том числе, какие материалы, датчики и конструкции обеспечат наилучшую эффективность преобразования энергии, долговечность и устойчивость к коррозионной природе морской воды. Но интересно посмотреть, что они придумают.