В рамках своей энергетической политики правительство Баварии определило новые цели для перехода к более зеленой энергетической экономике: к 2025 году около 40 процентов электроэнергии, необходимой в Баварии, должно поставляться из местных возобновляемых источников энергии. В проекте DEGREEN (см. Вставку «Краткий обзор проекта DEGREEN») Институт исследования силикатов им.
Фраунгофера (ISC) применяет новаторский подход к производству возобновляемой энергии с использованием гидроэнергии. С этой целью исследователи из Вюрцбурга используют очень гибкие и ультратонкие эластомерные пленки, которые работают как конденсаторы. Силиконовые пленки покрыты с обеих сторон проводящим эластичным слоем и снабжены защитным слоем изоляции.
Они устанавливаются в небольших реках и ручьях, где постоянная деформация и релаксация эластомеров преобразует механическую кинетическую энергию воды непосредственно в электрическую энергию. Текущая вода деформирует мягкую пленку, характеристики которой аналогичны характеристикам воздушного шара. При деформации пленки несут высокий электрический заряд, возникающий в процессе растяжения. Затем эластомерная пленка механически расслабляется до исходного состояния.
«В этот момент генерируется большой объем электроэнергии, который заряжает временное запоминающее устройство на интегральной схеме. Именно отсюда мы откачиваем энергию. Этот цикл деформации и релаксации повторяется раз в секунду», — объясняет д-р.
Бернхард Бруннер, руководитель проекта и научный сотрудник Fraunhofer ISC. «Если мы приложим потенциал в 4000 вольт, для каждой деформации мы можем генерировать 100 милливатт электроэнергии на пленку».Но как достигается эта циклическая деформация пленок? Бруннер и его команда реализовали концепцию интеллектуального механического возбуждения.
Вода течет через суженную трубку, создавая отрицательное давление воздуха — концепция, также известная как эффект Вентури, — которая вызывает деформацию эластомерной пленки (см. Поперечное сечение трубки Вентури). Затем открывается воздушный клапан, чтобы уравновесить отрицательное давление воздуха, и эластомерная пленка возвращается в недеформированное состояние.
Что делает конструкцию настолько гениальной, так это то, что вентиляционное отверстие самоуправляемое: оно открывается и закрывается самостоятельно, не требуя электроники или питания.Идеальное расположение: ручьи и речки
Изменение диаметра пленки позволяет исследователям регулировать давление. Следовательно, генератор можно адаптировать к расходу. Система состоит из пленок, трубки, вентиляционного отверстия, насоса, воздуховода, электроники и выпрямителя и имеет модульную структуру. Трубки, которые также имеют гибкий диаметр, регулируются в зависимости от глубины и ширины воды и устанавливаются сверху, сзади или рядом друг с другом.
Если река широкая, но мелкая, рекомендуется устанавливать трубы рядом друг с другом. «Одним из основных преимуществ нашей концепции является ее гибкость: ее можно использовать в воде любой глубины. Мы используем энергию жидкости в воде.
Наши генераторы эластомера идеально подходят для небольших рек и могут работать при скорости потока от 0,5 метра на дюйм. второй и на глубине 0,5 м. В Баварии есть несколько исключительно маленьких рек, общая протяженность которых составляет около 30 000 км. Наша система, на которую не влияют ни ветер, ни солнце, является идеальным решением.
Если бы мы установили 1000 наших генераторы, мы могли бы помочь Баварии сделать важный шаг ближе к переходу к более зеленой энергии », — говорит Бруннер. Всего такая система могла бы обеспечивать сеть 876 МВтч электроэнергии ежегодно.
Австрия и Швейцария — с их обилием горных ручьев — а также развивающиеся страны также выиграют от этой инновационной концепции механического возбуждения.Децентрализованное энергоснабжениеГенераторы эластомера предназначены для бесшумной работы на мелководье и в небольших водах без заглушки. Они подходят, например, для использования в качестве децентрализованного источника питания для кемпингов или удаленных населенных пунктов, расположенных в непосредственной близости от воды.
В лаборатории Бруннер и его команда в настоящее время разрабатывают два типа генератора: один, который плавает, и другой, закрепленный на берегу реки. В настоящее время они работают над уменьшением размера генератора.
К концу проекта они рассчитывают выпустить систему защиты от атмосферных воздействий и наводнений размером примерно с блок управления переключателем. Наряду с испытаниями в лаборатории ученые фраунгофера работают в тесном сотрудничестве с местными властями, водным советом и природоохранными органами, чтобы провести полевые испытания прототипов в реках Верн и Таубер, которые обеспечивают реалистичные экспериментальные условия.
Их цель — производить 100 Вт электроэнергии на каждый генератор на постоянной основе.