Как клетчатка

Юйсинь Ву (с любезного разрешения Юйсинь Ву)

На мелководье морские ветряные турбины прикреплены к дну океана. Однако в глубоководных районах, где ветры обычно сильнее и способны собирать более чем вдвое больше энергии, плавучие морские ветряные турбины должны быть пришвартованы к морскому дну, где океан слишком глубок для стационарных конструкций. Плавучий морской ветер (FOSW) — одна из наиболее многообещающих экологически чистых энергетических технологий, потенциальный рынок которой оценивается почти в 16 миллиардов долларов, но необходимы научно-технические решения, которые помогут снизить затраты на разработку, развертывание и обслуживание этих сложных систем.

Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab) разрабатывают сенсорные технологии, состоящие из волоконно-оптических кабелей, которые могут быть установлены на конструкциях FOSW, запланированных у побережья Калифорнии. Это позволит сооружениям самостоятельно контролировать разрушительные условия, которые могут привести к дорогостоящему ремонту, а также поможет оценить, как ПСВ влияет на морских млекопитающих, обнаруживая их активность.

В сотрудничестве с экспертами в области материаловедения, инженерии, геофизики и разработчиками FOSW со всего мира ученый из лаборатории Беркли Юксин Ву в настоящее время работает над разработкой решений, позволяющих снизить затраты на разработку и внедрение FOSW, минимизируя при этом потенциальное воздействие на окружающую среду.

Вопрос. Что является самым большим препятствием для расширения плавучих морских ветроэнергетических технологий?

Ву: На данный момент FOSW было внедрено немного, поскольку технология находится на ранних стадиях разработки. В настоящее время ни одна такая система не была развернута на глубине около 1000 метров. Мы хотим использовать научные инновации путем совместной разработки конструкционных материалов, которые лучше выдерживают суровые морские условия и экстремальные погодные явления. И мы хотим добавить распределенное оптоволоконное зондирование в системы FOSW, чтобы позволить системам самостоятельно отслеживать потенциальные проблемы в режиме реального времени, что может продлить срок службы системы и снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Вопрос. Как ваша команда применяет оптоволоконные датчики к этим инновациям?

Ву: Волоконно-оптический кабель имеет стеклянную сердцевину, позволяющую передавать оптический сигнал со скоростью света; когда возникает какая-либо вибрация, деформация или изменение температуры контролируемого материала, эта информация будет передаваться в виде светового сигнала, который рассеивается обратно. Когда он прикреплен к конструкции ветряной турбины или встроен в нее, это дает ей «нервную систему», которая позволяет ей «слышать» и «чувствовать». Волокно способно отслеживать окружающие акустические сигналы, такие как крики китов, что может помочь ученым оценить потенциальное воздействие операций FOSW на крупных морских млекопитающих.

Мы тестировали применение этой сенсорной технологии на структурных компонентах, таких как башни и турбины, для мониторинга физических и механических условий, которым подвергается сама конструкция, таких как температура или напряжение. Наши исследования до сих пор были сосредоточены на тестировании оптоволокна на вышке и коробке передач, одних из самых дорогих компонентов, где полезно выявить повреждения до того, как они приведут к проблемам.

Вопрос. Насколько важна материаловедение для снижения стоимости плавучих морских ветроэнергетических систем?

Ву: Выявляя, что происходит внутри системы FOSW в режиме реального времени, оптоволоконные датчики дают нам знания, необходимые для разработки более устойчивых и экономичных материалов на уровне системы. Разработка систем FOSW с меньшими затратами и устойчивостью к суровым морским условиям требует передовых материаловедческих технологий в сочетании с информатикой для производства более качественных материалов и эффективного моделирования их работы. Могут быть разработаны материалы, придающие конструкциям способность к самовосстановлению; например, морская вода, проникающая в трещину в бетоне, вызывает реакцию, позволяющую загерметизировать трещину без вмешательства.

Мы сотрудничаем с экспертами в области материаловедения и моделирования от молекулярного до структурного масштаба, чтобы создавать инновации, которые имеют большой потенциал для будущих глубоководных плавучих систем из-за их большого потенциала экономии средств, возможности местного производства, более высоких характеристик и экологической устойчивости. Пользовательские объекты Министерства энергетики в Лаборатории Беркли, такие как Молекулярный завод, Передовой источник света и Национальный центр энергетических исследований, играют ключевую роль в содействии инновациям в наших исследованиях.