Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Membuat Wave Converter Energy Bahagian 2: Terjebak dalam Loop Design

Ini adalah bahagian dua siri 10 bahagian yang mencatatkan R & D penukar tenaga gelombang. Baca bahagian pertama.

Ia telah empat tahun sejak saya mula belajar tentang teknologi kuasa lautan yang boleh diperbaharui. Saya kini mempunyai pasukan, pendanaan, dan permulaan rancangan untuk membina penukar tenaga gelombang (WEC) menggunakan bahagian-bahagian luar supaya orang lain boleh mengambil rancangan kami dan memperbaikinya. Walaupun sebelum projek itu bermula, saya mempunyai banyak reka bentuk yang banyak digunakan di kepala saya. Namun, seperti yang menyakitkan ketika itu, wawasan awal saya akhirnya harus dibentuk dan ditapis menjadi prototaip fizikal yang bekerja berdasarkan fundamental kejuruteraan pepejal dan kerja berpasukan. Sepanjang tempoh projek, reka bentuk WEC akan melalui tiga lelaran rekaan drastik sebelum mencapai reka bentuk keempat dan terakhir, WEC_004. Penaja geran kami, CITRIS, telah memberi kami satu tahun untuk melaksanakan cadangan kami dan membelanjakan dana dengan sewajarnya.

Walau bagaimanapun, sebagai pelajar kejuruteraan senior di UC Davis kita semua terpaksa mengambil bahagian dalam projek reka bentuk kanan sebelum menamatkan pengajian. Selepas bercakap dengan profesor kelas, kami memutuskan untuk melancarkan pembiayaan geran ke dalam projek reka bentuk kanan kami dengan pemahaman bahawa ini akan mempercepatkan garis masa projek. Ini bermakna kita dapat memfokuskan semua masa dan perhatian kita kepada satu projek besar dan bukannya membahagikan masa antara projek reka bentuk kanan dan projek geran tenaga boleh diperbaharui. Garis masa telah ditetapkan dalam batu, dan kami terpaksa menyelesaikan projek itu untuk menamatkan pengajian. Kami akan menghabiskan 12 minggu pertama kelas penyelidikan dan reka bentuk, dan separuh kedua kelas kami akan membina WEC di kedai pelajar dan mengujinya di lautan. Undur bermula.

Reka bentuk konsep WEC awal.

Dua minggu pertama projek kami bekerja sama setiap hari. Walaupun tidak ada mesyuarat rasmi pasukan yang dijadualkan, kami pasti akan berlari ke dalam rakan sepasukan lain di kelas dan perbualan akan sentiasa kembali ke projek WEC. Ia tidak dapat dielakkan.Kami tahu kami mahu membina WEC dan berharap kami mungkin dapat mengujinya di Teluk Bodega, jadi langkah seterusnya adalah memikirkan cara mengubah gerakan gelombang lautan ke dalam elektrik.

Dua tahun yang lalu, saya menemui kertas penyelidikan mendalam yang bertajuk "Kajian Tinjauan Teknologi Penukar Tenaga Gelombang" sambil meneliti tenaga gelombang untuk persembahan kelas. Oleh kerana kita kurang 12 minggu untuk merekabentuk WEC, kita difahami bahawa kita tidak akan membangunkan beberapa cara baru untuk memanfaatkan tenaga daripada gelombang. Sebaliknya kami merancang untuk menggabungkan teknologi sedia ada ke platform yang lebih mudah diakses yang mungkin dapat ditiru oleh orang lain. Manuskrip adalah tempat yang bagus untuk bermula, dan saya sangat mengesyorkannya kepada sesiapa yang berminat dengan tenaga gelombang, kerana ia penuh dengan jargon dan terminologi yang berkaitan dengan kuasa laut.

Dalam minggu pertama pasukan bersetuju untuk memberi tumpuan kepada mereka bentuk a point-absorbing system drive linear yang akan turun dan turun dalam gelombang untuk menghasilkan elektrik. Oleh kerana kami mahukan reka bentuk kami dapat diterima dengan mudah oleh orang lain, kami merasakan peranti itu harus beroperasi dalam pelbagai keadaan gelombang. Penyerap titik dapat mengumpul tenaga dari gelombang tanpa mengira di mana gelombang datang. Ini menjadikan mereka khusus sesuai untuk lokasi seperti Bodega Bay, di mana ombak mendominasi dari barat laut tetapi tiba-tiba bertukar dan mendekati dari selatan semasa ribut besar. Dengan membuat balon terapung dalam bentuk, WEC dapat menerima gelombang dari sudut mana pun. Memandangkan sistem pemacu linear hanya mempunyai kebebasan 1 °, reka bentuk kami akan mengambil berat tentang memanfaatkan gelombang, gelombang turun dan turun gelombang. Reka bentuk pemacu linear ini menjadikan pemodelan matematik lebih mudah diurus dan juga akan menjadi lebih mudah untuk direka di kedai pelajar.

Reka bentuk awal sistem pengangkut kuasa yang sesuai di dalam WEC_001.

Sekarang kita telah memutuskan untuk menggunakan sistem pemacu linear menyerap titik, maka kita perlu memilih sistem pengangkut kuasa yang secara fizikal akan menukar gerakan menaik dari pelampung menjadi tenaga elektrik. Kita boleh menggunakan magnet dan gegelung dawai untuk terus menukar pergerakan atas dan ke bawah gelombang ke dalam elektrik. Beberapa tahun sebelum ini, saya telah menggunakan idea ini untuk membina model penukar tenaga gelombang menggunakan magnet neodymium dan gegelung dawai magnet. Prinsip yang sama digunakan dalam lampu suluh yang boleh dicas semula yang anda goncangkan: sebagai magnet bergerak masuk dan keluar dari gegelung, arus elektrik bergantian teraruh di gegelung. Selagi magnet bergerak, anda boleh mencipta elektrik; Walau bagaimanapun, voltan dan kekerapan turun naik elektrik berdasarkan kelajuan dan anjakan magnet, yang menjadikan pengumpulan tenaga lebih rumit.

Projek WEC pasukan akan menjadi lebih besar daripada model paip PVC saya yang kecil, dan oleh kerana tidak satu pun dari kami adalah jurutera elektrik pemikiran membina litar untuk membetulkan dan menghidupkan isyarat yang menakutkan kita semua. Walaupun tanpa masalah fasa dan pembetulan, harga magnet nadir bumi melonjak, yang menjadikan idea itu tidak praktikal secara kewangan.

Model mini WEC yang dibina pada tahun 2010 menggunakan magnet dan gegelung.

Seterusnya kami mempertimbangkan menggunakan kendi dan kaunter lawan yang terbungkus dalam perumahan yang tahan air: rangkaian kapi, tali, dan berat yang bergerak bersama-sama, berlabuh ke dasar lautan dan terikat dengan pelampung terapung di permukaan. Ahli pasukan Alex Beckerman sangat gemar idea ini, kerana dalam fikiran kejuruteraannya, anda boleh memodenkan sesuatu dalam kehidupan sebagai sistem massa, mata air, dan peredam dan kemudian menggunakan kalkulus untuk mencari penyelesaian. Walau bagaimanapun, dengan semua kendi dan galas yang diperlukan untuk membuat kerja ini, kami menganggarkan kerugian rawak akan mengurangkan pengeluaran kuasa secara keseluruhan dan kemungkinan kemungkinan kabel memakai dan memecah terlalu besar.

Litar hidraulik untuk sistem pembawa kuasa (PTO) untuk WEC_001 - WEC_003.

Mencari reka bentuk yang lebih mudah dengan bahagian yang kurang bergerak, saya mencadangkan agar kita menggunakan komponen hidraulik. Beberapa kertas penyelidikan dalam talian merujuk litar hidraulik asas yang menggunakan piston berganda berganda untuk mengepam cecair melalui satu siri injap sehala dan memutar motor hidraulik digabungkan kepada penjana. Bahagian-bahagian itu mudah dicari, dan sebahagian besar kelengkapan dan komponen di mana diberi nilai untuk tekanan operasi yang tinggi dan dapat bertahan dengan kekuatan besar-besaran dan persekitaran laut yang menghakis. Terdapat juga artikel-artikel yang menggambarkan bagaimana untuk memodelkan jenis litar hidraulik ini dalam simulasi komputer untuk meramalkan output tenaga yang berpotensi sebagai satu cara untuk menilai keberkesanan sistem.

Satu-satunya isu ialah tidak ada seorang pun dalam pasukan yang mempunyai banyak pengalaman bekerja dengan komponen hidraulik industri. Pasti, sesetengah daripada kita mempunyai pengalaman memasang paip di sekitar rumah atau memasang nilai-nilai pengairan, tetapi mereka bentuk sistem dengan akumulator bertekanan tinggi dan motor hidraulik, manakala pemfaktoran dalam kehilangan tekanan akibat sekatan orifis, adalah wilayah asing. Menimbang semua pilihan kami, pasukan menentukan bahawa kesederhanaan yang seolah-olah relatif sistem hidraulik dan kemudahan untuk mencari bahagian-bahagian rak membuat pilihan yang menang.

Menjelang akhir minggu kedua kami berasa sangat baik. Kami telah membuat keputusan besar tentang reka bentuk umum reka bentuk dan sekarang kami telah bersetuju untuk menggunakan hidraulik untuk membina sistem pengangkut kuasa kami, pasukan itu boleh berpisah dan setiap kami boleh mula bekerja pada pelbagai subseksyen: hidraulik, elektronik , pelampung, plat heave, dan spar. Apa yang kita tidak sedar pada masa itu adalah bagaimana setiap subsistem dihubungkan dengan SEMUA subsistem yang lain.

Dalam masalah buku teks, kebanyakan pembolehubah sama ada yang diberikan kepada anda dalam pernyataan masalah atau anda boleh melihatnya dalam jadual di suatu tempat. Oleh itu, apabila kita duduk untuk mula mengusahakan pengiraan yang diperlukan untuk "menyelesaikan" masalah reka bentuk WEC, kita mendapati diri kita terjebak dalam gelung reka bentuk besar-besaran yang tidak dapat membuat sebarang keputusan penting kerana terdapat di mana terlalu banyak yang tidak diketahui. Sebagai contoh, ahli pasukan Tom Rumble akan cuba menentukan berapa besar motor hidraulik untuk membeli, tetapi dia memerlukan Kevin Quach untuk memilih ram hidraulik terlebih dahulu, tetapi Kevin perlu menentukan muatan silinder hidraulik, yang secara langsung berkaitan dengan jumlah tekanan dalam sistem, yang membawa kepada persoalan motor hidraulik. Alex cuba merancang plat heave logam besar, yang akan memberikan seretan hidrodinamik yang akan menahan pergerakan menarik dari pelampung, tetapi pertama saya perlu menentukan saiz keseluruhan pelampung. Tetapi sebelum saya dapat mengira jumlah kekuatan yang diperlukan untuk pelampung, saya perlu mengetahui jumlah berat WEC daripada Teresa Yeh dan berat plat heave dari Alex. Ini berterusan selama empat minggu yang menyedihkan dan pasukan itu tergelincir ke jalan yang tidak produktif.

Meningkatkan gerakan reka bentuk WEC-004 dalam gelombang lautan.

Menjelang minggu enam saya mengalami kesulitan tidur pada waktu malam. Saya akan berbaring di tempat tidur yang menatap siling, cuba melepaskan keseluruhan projek seperti bola rentetan yang diikat bersama. Besarnya projek itu menimbulkan berat kepada saya, dan saya dapat memberitahu anggota pasukan yang lain merasakan tumpukan tekanan. Pertengahan berakhir dengan kita, yang bermakna tarikh akhir projek keluar jendela. Mesyuarat pasukan menjadi tegang, kerana satu orang akan cuba menjelaskan bahawa mereka dapat menyelesaikan sebahagian masalahnya jika hanya orang lain yang akan memberi mereka maklumat yang mereka perlukan.

Kini, kami telah beralih ke reka bentuk WEC_002 dengan spar yang bersifat neutral yang diperbuat daripada paip HDPE 20 "dan diameter rak pasang siap pasang di atas pelampung, tetapi PTO telah membuat sedikit kemajuan. Untuk menambah kekecewaan, saya cuba memikirkan bagaimana kita akan menguji perkara ini sebaik sahaja kita membinanya, tetapi e-mel saya ke makmal marin tidak dijawab dan kita tidak mempunyai pelan cadangan. Sesuatu perlu berubah, dan cepat. Sekiranya kita telah ditakdirkan dari awal, adakah ini terlalu besar dan terlalu bercita-cita untuk projek kita yang lima untuk mengatasi? Saya mula meragui keraguan saya.

Tune di minggu depan untuk bahagian 3!

Kongsi

Meninggalkan Komen