Warum braucht das Meer Digitaltechnik, unsere Energie zu erzeugen

Fast ein Drittel unseres Stroms muss durch eine vorhersagbare, erneuerbare und noch weitgehend unerschlossene Ressource erfüllt werden können: Wellen des Ozeans.

Generiert durch Wind über Wasser des Ozeans, Reisen Meereswellen große Entfernungen mit wenig Energieverlust. Als solche sind sie eine erneuerbare Ressource, die konsistente und vorhersagbare als Wind- oder Sonnenenergie Generation ist.

Unser Research-Team an der Lehigh University prüft, wie design, Betrieb und Wartung von zukünftigen Wellenkraftwerke Energie durch den Einsatz digitaler Technologies reibungslos ans Stromnetz integrieren.

Wellenkraftwerke enthalten Arrays der Welle Energiewandler (WEA), Geräte, die die Energie in sanften Wellen des Ozeans in Elektrizität umwandeln. Intelligente Wellenkraftwerke gehören auch Energiespeicher wie Batterien, Sensoren, Kommunikationsfunktionen, computational Ressourcen und Elektronik, Strom an einen Verbindungspunkt Onshore-Raster zu liefern.

All diese Komponenten als auch die Algorithmen, die sie kontrollieren beschreiben zusammen die Cyber-physische Infrastruktur der Welle Farm. Unser Team, die Menschen mit einem Hintergrund von der drahtlosen Datenübertragung, Fluiddynamik, ist festzustellen, wie optimal bereitstellen und betreiben diese Infrastruktur.

Wir beuten die Vorhersehbarkeit der Meereswellen, Menschen zu unterstützen, die Welle Betriebe betreiben und landwirtschaftliche Produktion zu optimieren. Wir sind auch sehr daran interessiert, die Nachhaltigkeit und Marktpotenzial für zukünftige Wellenkraftwerke. Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien, die fossile Brennstoffe auf der Grundlage Generation zum Ausgleich ihrer Variationen erfordern, müssen konsequent Wellenkraft geringere CO2-Emissionen. Wir bewerten diesen Effekt und studieren was Gewinne Welle Stromerzeuger auf dem Strommarkt erwarten können.

Vorhersehbar und erneuerbare

Schätzungen der wirtschaftlich erzielbaren Wellenenergie an den US-Küsten liegen bis zu 1.170 Terawattstunden (Twh) pro Jahr mit der bestehenden Technologie.

Gesamten Stromverbrauchs in den USA ist ungefähr 4.000 TWh/Jahr und Küstenstaaten verwenden fast 80 % der Elektrizität des Landes. Dies bedeutet, dass das Potenzial für saubere, erneuerbare Welle macht-Produktion in den USA sehr hoch ist.

Ocean Wave Merkmale können zuverlässig bis zu vorhergesagt werden 48 Stunden im Voraus und Wellen 90 % des Tages im Durchschnitt stehen im Vergleich zu 20-30 % für Wind und solar. Dieser entscheidende Vorteil bieten Welle Stromerzeuger mehr lukrative Marktchancen als variabler erneuerbare Energien derzeit zur Verfügung stehen. Diese Gewinne konnten auch die hohen Anschaffungskosten der Installation Wellenkraftwerke ausgleichen.

Als aufstrebende Industrie Herausforderungen Welle Energieumwandlung andere. Zum Beispiel ist mehr Test-Infrastruktur erforderlich. Aber um dies zu erreichen, müssen aktuelle Regulierungs- und Genehmigungs-Verfahren für diese Technologie aktualisiert werden. Und die ökologische Auswirkungen der Aberkennung der großer Mengen von Wellenenergie muss weiter untersucht werden.

In den letzten zwei Jahrzehnten haben verschiedene Arten von WEC-Geräte entwickelt und bereitgestellt. Gewerbsmäßige Wellenkraftwerke in Australien und Europa eingesetzt wurden, aber keiner hat in den USA online gestellt worden.

Für Meeresenergie Scale-up benötigen wir einige Wissenslücken zu füllen. In Zukunft werden Wellenkraftwerke keine Sammlung von einzelnen Generatoren. Stattdessen wird ein komplexer Cyber-Physical-System werden und erfordern interdisziplinäre Werkzeuge.

Komplexen Wechselwirkungen

Wir sind interessiert, in der Welle-Farm als System und in ihren Wechselwirkungen mit der Meeresumwelt, das Stromnetz und den Strommarkt. Wir erforschen die Vorhersehbarkeit der Wellen Sensoren sowohl im Meer als auch Prognosen Algorithmen. Die vorhersagen lässt sich die WEA Energiegewinnung oder Energie Speicher Entscheidungen anzupassen.

In unserem Projekt wir arbeiten auf Welle Bauernhof-Systeme, die Tools von Hydrodynamik sowie Kommunikation zu mischen und computing. Wir verwenden Sensoren und Steuerungen die Vorhersage macht, Leistung zu optimieren und mit Strommärkte zu integrieren. Wir überprüfen die wirtschaftliche und ökologische Machbarkeit der Wellenkraft und Nutzen unserer Forschung und Entwicklung um das Potenzial der Welle Energieumwandlung im großen Maßstab zu realisieren.

WEA in einer Farm werden auch miteinander interagieren. Neben Strom aus ankommenden Wellen absorbieren, reflektieren einzelne WEA Wellen das Mischen mit ankommenden Wellen und beeinflussen, wie viel Energie im benachbarten WEA und umgekehrt erfasst werden kann. Diese Interaktionen müssen verstanden und bei der Kontrolle der landwirtschaftlichen Gesamtproduktion entfielen. Diese Gesamtleistung produziert wird wiederum Auswirkungen Netzintegration, Emissionen und Markt-Interaktionen.

Wie ein drahtloser Forscher studierte den Ozean

Unser Projektteam besteht aus Forscher aus den unterschiedlichsten Hintergründen: Strömungsmechanik, Signalverarbeitung, Operations Research, Wirtschaftswissenschaften und drahtlose Kommunikation, die meine eigenen Hintergrund. Wie landet ein drahtlose Kommunikation-Forscher arbeiten an Welle Energie Betriebe? Die Antwort ist in der folgenden Abbildung:

Die Bojen sind WEA sammeln Energie aus hügeligen Wellen des Meeres. Für mich ähneln sie wireless-Antennen empfangen sinusähnlich unterschiedliche elektromagnetische Signale. In beiden Fällen befinden sich die Bojen/Antennen in einem Feld von Wellen, Energie einzufangen. Die statistische Variationen von Funk-Signale und Meereswellen werden ebenso erfasst.

Signifikante Leistungssteigerungen in modernen drahtlosen Kommunikationssystemen aus mit mehreren Antennensystemen gekommen. Für Wellenenergie auf Raster-Ebene erfolgreich zu sein benötigen wir auch mehrere Bojen oder Wellenkraftwerke.

Gibt es feste Verbindungen zwischen einer Welle Farm und ein Kommunikationsszenario System, was ich in der Vergangenheit ausgiebig studiert haben. Diese ersten Verbindungen zu machen hat mein Fuß in der Tür und ich machen schon ähnliche Verbindungen seit.

Meerwasserentsalzung?

Neben der Stromversorgung des Stromnetzes, könnte Wellenkraftwerke auch im Antrieb einer Vielzahl von off-Shore-Anwendungen verwendet werden. Unser Projektteam ist interessiert Entwicklung Welle Bauernhof Entwürfe für solche Energie-Bedürfnisse zugeschnitten. Beispielsweise sind wir bei der Entwicklung von kleineren Maßstab Wellenkraftwerke, die den Energiebedarf für off-Shore-Wasser Entsalzung Prozesse Adresse interessiert.

In vielen Teilen der Welt Grundwasser schrumpft aber Meerwasser ist weit verbreitet. Das Vorhandensein von Meerwasser kann auch Verfügbarkeit von lokalen Welle Energie-Ressourcen beinhalten, die Wasser Entsalzungsanlagen ernähren können. Wir interessieren uns bei der Entwicklung von Cyber-physischen Infrastruktur für solche autonome Wellenkraftwerke. Die Lösungen können voranzutreiben Entsalzung Wassertechnologien, die wiederum helfen könnte die globale Wasserkrise anzugehen.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf das Gespräch. Lesen Sie den original Artikel. Shalinee Kishore ist als außerordentlicher Professor Elektro- und Computertechnik an der Lehigh University. Bild von Rachel unter Creative Commons Lizenz.