Wie zwei junge Ingenieure eine Gezeitenenergieturbine konstruierten

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Die Turbine wird Daten sammeln und weitergeben, um unser Verständnis der Gezeitenenergie zu vertiefen

Um im Bereich der Meeresenergie Innovationen hervorzubringen, sind einige außerschulische Aktivitäten erforderlich: Schrauben Sie an der Barke herum, führen Sie Probeläufe im Wellenbad durch und besprechen Sie Ideen mit einem unterstützenden Team.

All dies ist für die Doktoranden Parviz Sedigh und Mason Bichanich von der University of New Hampshire (UNH) interessant, denn es stellt einen Fortschritt bei der Entwicklung ihres ersten praxistauglichen Geräts dar, einer hydrokinetischen Turbine, die der Welt die Gezeitenenergie näherbringen wird.

Vor diesem Projekt hatte keiner der Studenten seine Arbeit im Wasser gesehen. Doch in Zusammenarbeit mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL), den Sandia National Laboratories und dem Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) und mit finanzieller Unterstützung des Water Power Technologies Office des US-Energieministeriums entwickelten sie eine Axialströmungs-Gezeitenturbine, die vollständig instrumentiert ist, um an der Mündung des Piscataqua River in Neuengland Daten zu sammeln.

Verwendung von NRELs Einrichtung der Modularen Ozeandatenerfassung (MODAQ)wird ihre Turbine äußerst nützliche Daten für den aufstrebenden Bereich der Gezeitenenergie liefern, eine saubere Energiequelle mit genügend technischen Potenzial zur Stromversorgung von bis zu 21 Millionen Haushalten in den Vereinigten StaatenDas Land kann diese gesamte Energie nicht nutzen – ein Teil muss für Fischer, Bootsfahrer und andere Wasserbewohner reserviert bleiben –, aber selbst ein kleiner Teil könnte den Vereinigten Staaten dabei helfen, ihre Ziele im Bereich saubere Energie zu erreichen.

Ihre 25-Kilowatt-Turbine – etwa so groß wie ein Seehund und ausgerichtet wie eine Unterwasser-Windturbine – wird nach ihrem Einsatz dreifachen Einsatz leisten. Sie wird nicht nur wertvolle Daten liefern, sondern auch eine vielbefahrene Zugbrücke mit Strom versorgen und die Aufklärung der Bevölkerung unterstützen. UNHs Living Bridge-Projekt. Alles was dazu nötig war, war, kopfüber in ein unbekanntes Gebiet einzutauchen.

Wellen der Unsicherheit

Weder Sedigh noch Bichanich wussten, was sie bei der Konstruktion einer Axialturbine erwarten würde, aber ihre Begeisterung, etwas Neues zu schaffen, trieb sie voran. Bichanich, ein praktisch veranlagter Typ, kam mit einem Abschluss in Umwelttechnik, einem Leben an Seen und einer Vorliebe für mechanisches Basteln zu dem Projekt.

Bichanich wuchs in einer etwas abgelegenen Stadt im Mittleren Westen auf und war schon immer Ingenieur, „und definitiv nicht im professionellen Sinne“, sagte er. Immer wenn die Autos seiner Freunde eine Panne hatten, ging Bichanich zum örtlichen Schrottplatz, um nach etwas zu suchen. „Der schnellste Weg, herauszufinden, wie ein Teil funktioniert, ist, es in den Händen zu halten“, sagte Bichanich.

Bichanich und sein Mentor Martin Wosnik arbeiteten bereits fast zwei Jahre am neuen Turbinendesign, als Sedigh dem Team beitrat.

Sedigh brachte eine besondere Kompetenz mit. Sein Master-Abschluss in Luft- und Raumfahrttechnik lehrte ihn, wie Antriebssysteme in einer anderen Flüssigkeit funktionieren: Luft. Bereit für

Um etwas Neues auszuprobieren, wagte er den Sprung in das anspruchsvollere Feld der Meeresenergie.

„Mein Interesse an Luft- und Raumfahrttechnik stammt aus meiner Kindheit“, sagte Sedigh. „Immer wenn ich ein Flugzeug sah, wollte ich wissen, wie eine so riesige Maschine fliegen kann. Ich wollte die Prinzipien dahinter kennenlernen. Die Stromerzeugung mit Wasser ist eine Erweiterung der Flugzeugmotoren, und die Axialströmungs-Gezeitenturbine weist prinzipiell viele Ähnlichkeiten auf, also wollte ich mehr darüber erfahren.“

Doch für diese Turbine würde das Projektteam von früheren Konstruktionen abweichen. Sedigh und Bichanich brauchten eine Turbine, die Daten erfassen und sammeln konnte. Sie musste viele Sensortypen sowie deren Verkabelung und Steuerung schützen und gleichzeitig kleine Lasten mit Strom versorgen und Trümmern in der trüben Mündung ausweichen, bevor der Piscataqua in den Golf von Maine mündet. Bei Erfolg würden sie Originaldaten für das Living Bridge-Projekt und eine globale Forschungsgemeinschaft liefern.

„Ich habe noch nie etwas gebaut, das so wichtig ist“, gab Bichanich zu. „Es kann eine Herausforderung sein, an etwas ganz Neuem zu arbeiten, aber es ist immer erfüllend, zu sehen, wie die Teile, die man entworfen hat, hergestellt werden und sie in den Händen zu halten.“

Sedigh ist vom professionellen Engineering-Prozess ebenso fasziniert, da er „in früheren Projekten lediglich mit Ideen gearbeitet hat.“

Ob bereit oder nicht, das Team musste irgendwo anfangen. Sie durchforsteten einen konzeptionellen Schrottplatz früherer Designs, ließen sich inspirieren, wenn möglich, oder fügten, wenn nötig, eine einzigartige Note hinzu. „Wir konnten aus Größengründen nicht eins zu eins auf frühere Designs zurückgreifen: Manchmal sind die Kosten nicht gerechtfertigt“, erklärte Bichanich.

In enger Zusammenarbeit mit NREL, PNNL und Sandia konnte das Team schließlich ein brauchbares 3D-Modell entwickeln. Es blieben nur noch die Fertigung und die physische Montage, die 2024 abgeschlossen sein sollen.

Bessere Daten zur Verbesserung der Living Bridge

Die ersten Tests der neuen Turbine sind für dieses Jahr in Portsmouth, New Hampshire, unter der Memorial Bridge geplant, die in Lebende Brücke vom Atlantic Marine Energy Center (AMEC) gegründet, um seine Rolle als Säule der öffentlichen Wissenschaft zu fördern. Es ist ein Ziel für Studenten und Bürger, um mit der an den Brückenpfeilern befestigten Leistungselektronik zu interagieren und sich damit vertraut zu machen, und trägt dazu bei, die Öffentlichkeit für Gezeitenenergie zu sensibilisieren und zu begeistern.

Im Vergleich zu einer früheren Forschungsturbine unter der Brücke ist die neue Turbine technologisch einzigartig, da sie mit einer Vielzahl von Instrumenten ausgestattet ist, um so viele Daten wie möglich zu sammeln. Der Kern dieser Datenerfassung ist NRELs MODAQ, das Open-Source-Software zum Protokollieren von Leistungsdaten enthält. MODAQ vereinfacht die Veröffentlichung und Weitergabe von Daten, die auf der Living Bridge in Portsmouth präsentiert werden können.

„Mit diesem Projekt teilt NREL seine bisherigen Erfahrungen und technologischen Fähigkeiten mit AMEC und seinen Studenten in der Hoffnung, dass die Living Bridge-Plattform für zukünftige Turbinentests und -ausbildungen genutzt werden kann“, sagte Aidan Bharath, Projektleiter bei NREL. „Bichanich und Sedigh legen den Grundstein für eine Forschungsplattform, mit der zukünftige Turbinenkomponenten getestet und umfassend überwacht werden können.“

Daten aus dem MODAQ-System werden öffentlich zugänglich sein über Meeres- und hydrokinetische Datensammlung des Water Power Technologies Office. Neben der Überwachung der Belastung der Turbine, der Leistungsabgabe und der Umweltbedingungen werden Geräte wie die akustische Kamera von PNNL auch flussaufwärts nach schwimmenden Gefahren Ausschau halten und Daten über Gezeitenabfälle sammeln. „Neulich wurden wir von einem Hummerkorb getroffen“, erwähnte Bichanich und verwies auch auf die Gefahren durch umgestürzte Bäume und treibende Eisberge.

Installation steht unmittelbar bevor

Für Bichanich und Sedigh ist die verbleibende Arbeit größtenteils definiert – Dinge wie Kabelführung und Instrumententests. Natürlich ist das Versenken von elektrischen Komponenten nicht trivial, aber als sich das Team der Ziellinie nähert, erkennt es, wie wichtig die enge Zusammenarbeit war.

„Sedigh und ich drehen den Schraubenschlüssel gleichermaßen an“, sagte Bichanich.

„Eine Person kann eine Idee haben, aber zwei von uns können versuchen, die Idee zu multiplizieren, um ein optimales Ergebnis zu erzielen“, fügte Sedigh hinzu.

Als ihre erste professionelle Ingenieursleistung wird die Turbine für immer ein besonderes Projekt bleiben und die beiden Forscher planen, es in ihrer Nähe zu behalten.

„Sedigh und ich werden eine Bindung zu allem haben, was wir auf diese Plattform stellen. Und da wir sie gebaut haben, sind wir am besten dafür geeignet, darauf zu arbeiten“, sagte Bichanich.

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Von Connor O’Neil, NREL.