از سال ۲۰۲۴، تیمی از محققان در آزمایشگاه ملی راکیز (NLR) با پشتیبانی دفتر برق آبی و انرژی جنبشی آب وزارت انرژی ایالات متحده (H2O)، در حال بازنویسی قوانین بازی در صنعت انرژیهای تجدیدپذیر هستند. پروژه جاهطلبانه آنها با نام HERO WEC (مبدل انرژی موج اسمز معکوس هیدرولیکی و الکتریکی) نه تنها وعده تولید آب شیرین از دل امواج را میدهد، بلکه با طراحی یک کنترلکننده شارژ اختصاصی، چالش بزرگ دههها در این حوزه را حل کرده است.
HERO WEC که از سال ۲۰۲۰ مراحل طراحی را پشت سر گذاشته، پس از صدها ساعت آزمایش آزمایشگاهی و نصبهای متعدد در اقیانوس، اکنون وارد فاز جدیدی شده است. محققان با کنار گذاشتن نسخه اول (V1) و با تکیه بر درسهای آموختهشده، نسخه دوم (V2) را با تغییرات اساسی در سیستم وینچ، بدنه و مهمترین بخش یعنی کنترلکننده شارژ معرفی کردهاند.
چالش تاریخی صنعت موج: نوسانات غیرقابل پیشبینی
یکی از بزرگترین موانع در مسیر تجاریسازی فناوریهای انرژی موج، ماهیت نامنظم و متغیر انرژی امواج است. کنترلکنندههای شارژ استاندارد که برای منابع انرژی نسبتاً پایدار مانند خورشید و باد طراحی شدهاند، در برابر جهشهای ناگهانی و افتهای شدید توان موج، عملکرد ضعیفی از خود نشان میدهند. آزمایشهای دریایی نسخه اول HERO WEC ثابت کرد که قطعات آماده (off-the-shelf) نمیتوانند از پس این چالش برآیند.
راهحل تیم NLR؟ طراحی و ساخت یک کنترلکننده شارژ کاملاً سفارشی که بهطور خاص برای انرژی موج بهینه شده است.
از طراحی تا واقعیت: تولد یک نقشه راه
فرآیند توسعه کنترلکننده جدید از زمستان ۲۰۲۴ آغاز شد. تیم ابتدا طرح اولیه را ترسیم و با استفاده از نرمافزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) مدلسازی کرد. پس از ساخت نمونه فیزیکی، مهمترین مرحله یعنی آزمایشهای اعتبارسنجی کلید خورد. دو سؤال اصلی محققان را هدایت میکرد: (۱) آیا این دستگاه کار میکند؟ و (۲) عملکرد V2 در مقایسه با V1 چگونه است؟
نتایج خیرهکننده: جهش ۸ برابری در جذب توان
نتایج آزمایشها روی میز و سپس در شبیهسازهای محیط اقیانوس، فراتر از انتظارات بود. کنترلکننده شارژ V2 نه تنها توانست نوسانات نامنظم انرژی موج را بهخوبی مدیریت کند، بلکه توانایی جذب توان را تا هشت برابر بیشتر از نسخه اول افزایش داد. این به معنای تولید آب شیرین بیشتر، شارژ پایدارتر باتریها و افزایش قابلیت اطمینان کل سیستم است.
این موفقیت نشان میدهد که HERO WEC میتواند به یک راهحل عملیاتی برای تأمین آب آشامیدنی در مناطق ساحلی و جزایر دورافتاده تبدیل شود. اما اهمیت این کنترلکننده فراتر از یک پروژه خاص است.
یک نقشه راه برای کل صنعت
تیم NLR تأکید دارد که این کنترلکننده شارژ سفارشی یک «نقشه راه» (Blueprint) برای کل صنعت انرژی موج است. معماری سختافزاری و نرمافزاری این دستگاه بهگونهای طراحی شده که بهراحتی برای سایر فناوریهای مبدل انرژی موج (WEC) قابل تطبیق است. با استفاده از این پایه اثباتشده، زمان توسعه طرحهای جدید WEC بهطور چشمگیری کاهش یافته و مسیر تجاریسازی هموارتر میشود.
گام بعدی: آزمایش در مقیاس واقعی
پس از موفقیت در آزمایشگاه، تیم تحقیقاتی در حال آمادهسازی برای مرحله بعدی است: آزمایش کنترلکننده شارژ به عنوان بخشی از یک سیستم کامل بر روی پلتفرم حرکت با دامنه بزرگ (Large-amplitude motion platform) در NLR. این اولین بار است که HERO WEC بهصورت یکپارچه و در شرایط شبیهسازیشده اقیانوس آزمایش میشود. NLR همچنین اعلام کرده که با توسعهدهندگان فناوری برای ادغام این معماری در سیستمهای خود از طریق برنامههایی مانند TEAMER (تخصص آزمایش و دسترسی برای تحقیقات انرژی دریایی) همکاری خواهد کرد.
این دستاورد، افق جدیدی را پیش روی صنعت انرژیهای تجدیدپذیر و بهویژه انرژی موج قرار میدهد. با در دست داشتن یک نقشه راه قابل اعتماد، رویای تأمین آب شیرین و انرژی پاک از امواج اقیانوس، بیش از پیش به واقعیت نزدیک میشود.
