W jaki sposób lata mewa, czyli prąd elektryczny z fal morskich. Prezentacja w konkursie Eureka

Podwodny zespół prądotwórczy oraz sposób posadowienia w morskiej toni – rozwiązanie prof. dr. hab. inż. Bolesława Kuźniewskiego z Wydziału Mechanicznego Akademii Morskiej w Szczecinie zostało zaprezentowane w konkursie „Dziennika Gazety Prawnej” Eureka! DGP - Odkrywamy polskie wynalazki. O prawo do szczegółowej prezentacji walczyło ponad 50 wynalazków zgłoszonych do konkursu przez polskie uczelnie i instytuty naukowe.

Sposób pracy skrzydeł mewy zainspirował prof. Kuźniewskiego do opracowania technologii przetwarzania energii fal morskich na energię elektryczną. Rozwiązanie to zostało zgłoszone do Urzędu Patentowego RP. 

Jak to działa?

W określonej odległości od brzegu, w warstwie falującej wody, na platformie przymocowanej do dna, umieszczony jest zespół prądotwórczy - silnik, generator elektryczny i przekładnia mechaniczna (zespół napędzający). Ten ostatni element to ruchome pary łopatek (skrzydeł) zainstalowane na obracającym się wale i pracujące naprzemiennie – równolegle i prostopadle w stosunku do wału (zmianę tę wymusza na nich fala morska). Energia do napędu generatora elektrycznego pobierana jest bezpośrednio z falującej wody za pomocą zespołów napędzających silnik (łopatek-skrzydeł). Skrzydła, które przy zmianie kierunku ruchu falującej wody zmuszone są wyjść z pozycji aktywnej do pozycji pasywnej, wymuszają równocześnie przejście drugich skrzydeł swoich par z pozycji pasywnej do pozycji aktywnej. W ten sposób, mimo zmiany kierunku ruchu falującej wody, wirnik obraca się w niezmienionym kierunku. Na wale silnika (ustawionym w płaszczyźnie poziomej, prostopadle do kierunku rozchodzenia się fal) można zainstalować wiele takich zespołów napędzających.

Dlaczego takie rozwiązanie jest korzystne?

Opracowane urządzenie podwodnego zespołu prądotwórczego, w porównaniu do innych obecnie rozwijanych rodzajów elektrowni dostarczających energię elektryczną z fal morskich, jest znacznie prostsze w konstrukcji, a dzięki temu tańsze i bardziej sprawne, ponieważ nie wykorzystuje pośrednich systemów - hydraulicznych, pneumatycznych, mechatronicznych ani elektromagnetycznych spotykanych w obecnie stosowanych rozwiązaniach technicznych elektrowni morskich. Możliwość przekazania energii bezpośrednio do odbiornika (prądnicy) powoduje, że sprawność takiego urządzenia jest znacznie większa. Jest także bardziej elastyczne w instalacji - możliwe jest łączenie modułów zespołów napędzających, ustawianie ich w układzie pionowym lub poziomym. 

Komu może się przydać?

Grupami, którym może być dedykowany wynalazek są miejscowości nadmorskie, stocznie, porty, mariny jachtowe i platformy morskie. Skorzystać na nim mogą także właściciele i firmy produkujące rzeczne i morskie urządzenia nawigacyjne, wymagające zasilania energią elektryczną, dla których problem stanowi zasilanie z innych źródeł ze względu na odległość od istniejącej infrastruktury, pracę przez całą dobę oraz koszty.
Wielkość energii, które przetwarza takie urządzenie zależne jest od jego gabarytów, ilości łopatek oraz długości, prędkości i głębokości fali. Zespół prof. Kuźniewskiego planuje zbudowanie prototypu urządzenia do pracy na morzu, dzięki któremu uzyska się do 40 kW mocy (porównywalnie to energia dla pracy 15-20 żelazek). Po przeprowadzeniu badań możliwe będzie opracowanie urządzenia do przetwarzania większej ilości energii.

Jak to wygląda na świecie?

Wykorzystanie energii fal morskich ma istotny efekt społeczny i środowiskowy w związku z ogromnym zapotrzebowaniem na energię odnawialną. Wśród wykorzystywanych w UE rodzajów energii odnawialnej na pierwszym miejscu jest biomasa i energia pochodząca z odpadów (65%). Energia wodna stanowi już tylko niewiele ponad 16%, energia wiatrowa 10%, a słoneczna tylko ok. 5%. Pozostałe 3,2% to energia geotermalna, natomiast jedynie 0,02% energia pływowa, falowa i oceaniczna, która w 2012 r. wykorzystywana była jedynie we Francji i Wielkiej Brytanii. Największy potencjał w Europie do stosowania tego typu technologii energii fal morskich ma Wielka Brytania (szczególnie Szkocja), a także zachodnie kraje europejskie nad Atlantykiem: Irlandia, Francja, Hiszpania, Portugalia, Norwegia. Poza Europą dużym rynkiem do zastosowania proponowanej w projekcie technologii są Ameryka Północna (USA są światowym liderem w pozyskiwaniu energii z fal morskich) i Południowa, południowa Afryka, Nowa Zelandia i Australia. Potencjał fal morskich Bałtyku w okresie zimy jest spory i daje szanse na pozyskanie energii z fal w wystarczającej ilości. Jednak najbardziej obiecującym pod tym względem jest Pacyfik.

Konkurs Eureka! DGP - Odkrywamy polskie wynalazki

To cykl redakcyjny (w tym roku organizowany po raz drugi) połączony z konkursem na najlepszy wynalazek zgłoszony przez polską uczelnię (niepubliczną i publiczną) lub instytut naukowy
w obszarze: informatyki, inżynierii mechanicznej, innych nauk inżynieryjnych i technologii, inżynierii lądowej, inżynierii materiałowej i nanotechnologii, nauk fizycznych, nauk biologicznych
i biotechnologii, nauk chemicznych, medycznych, nauk o ziemi i o środowisku, nauk rolniczych oraz weterynaryjnych.
Celem konkursu jest promocja polskiej nauki i potencjału twórczego młodych wynalazców. Na łamach gazety prezentowane są wynalazki zgłoszone do Urzędu Patentowego RP, mające zastosowanie
w praktyce, które mogą być wykorzystane w gospodarce i w produkcji.
Przyjęte do konkursu wynalazki zostały ocenione przez komisję, a projekty z największą liczbą punktów prezentowane są na łamach „Dziennika Gazety Prawnej”. Laureatem konkursu zostaje autor lub autorzy wynalazku wybranego z grona wynalazków opublikowanych na łamach „DGP”.

Akademia Morska w Szczecinie