Проекты

Энергия моря: Морской змей

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Энергия будущего. Цифровая энергетика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1576
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В последние годы всё более актуальным становится переход на экологически чистые источники энергии. Это связано не только с растущим экологическим загрязнением окружающей среды или стремлением сохранить планету чистой для будущих поколений. Зелёная энергетика, в частности, наш проект «Морской змей», может посоревноваться по количеству выделяемой энергии с тепловой электростанцией.

Цель

Создать техническое решение и прототип электростанции морского базирования, наиболее эффективно использующей потенциал моря и обеспечивающей поселение «зелёной» электроэнергией.

Задачи

1. Разработать прототип нового источника зелёной энергии, используя морское побережье Чёрного моря.

2. Рассчитать выработку и предельные значения.

3. Выполнить моделирование, протестировать и собрать прототип.

4. Спроектировать и обосновать внешний вид установки.

5. Продумать местоположение и обозначение установки на местности.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

· 3D-принтер

Описание

В основе устройства лежит модель электростанции, расположенной в Португалии в районе Агусадора на расстоянии 5 км от берега. Электростанция представляет собой четыре змеевидные полузатопленные в воде конструкции, соединённые между собой особыми шарнирами с гидравлическими поршнями. Для данного проекта автором была придумана новая, отличающаяся от аналога, внутренняя механическая система.

Устройство «Морской змей» состоит из четырёх цилиндрических корпусов длиной 50 м и диаметром 1,5 м каждый. Вся цепочка общей длиной 200 м функционирует на поверхности моря и повторяет движение волн, вырабатывая электроэнергию благодаря механической системе внутри каждого корпуса. Внешний вид устройства напоминает большую змею. Змея крепится ко дну якорным канатом в 3–5 км от берега.

В ходе практической части работы автор изготовил прототип устройства в уменьшенном масштабе. Корпуса, а также внутренний механизм, состоящий из 7 шестерёнок и 2 реек, были напечатаны на 3D-принтере.

Принцип действия прототипа заключается в следующем. При имитации волнения воды корпуса изгибаются в месте закрепления относительно друг друга на определённый угол. Благодаря движению корпусов начинают двигаться рейки между ними, это заставляет двигаться систему шестерёнок. Движение шестерёнок обеспечивает движение ротора генератора, который впоследствии превращает механическую энергию в электрическую.

Результаты работы/выводы

Автором разработано устройство «Морской змей», вырабатывающее электрический ток при механическом воздействии. Одно такое устройство имеет среднюю мощность 1,3 МВт и может обеспечить электроэнергией около 800 домов.

Согласно проведённым расчётам (использовались данные для побережья Чёрного моря станицы Благовещенская на расстоянии примерно 5 км от береговой линии) объём выработки электроэнергии резко повышается при увеличении скорости ветра. Минимальная скорость ветра, необходимая для работы устройства, – 0,7 м/c, максимальная скорость – 15 м/c.

Для обозначения волновой электростанции на местности автор предлагает использовать специальные буи характерной расцветки – по одному бую с каждой стороны света. В ночное время предусматривается подсветка конструкции, что позволит обеспечить безопасность судов и создать эффектный вид на море.

Таким образом, «Морской змей» может стать для поселения не только источником «зелёной» электроэнергии, но и его достопримечательностью, а также полигоном для дальнейшего развития технологий волновой энергетики.

Перспективы использования результатов работы

Автором планируется модернизация проекта с целью снизить себестоимость производства.

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Московская научно-практическая конференция «Технопарк» 2021 – диплом II степени.

XLVII Международная молодёжная научная конференция «Гагаринские чтения» – 1 место.