Exploiter l'énergie des vagues avec une techno de ouf

Alors que la demande en électricité continue d'augmenter, surtout avec la montée des véhicules électriques, on fait face à des pénuries potentielles d'énergie. En plus, les inquiétudes autour du changement climatique dû à l'utilisation des combustibles fossiles mettent en lumière le besoin de sources d'énergie renouvelable. Parmi ces sources, l'énergie des vagues se démarque comme une opportunité significative. Au fil des ans, l'énergie des vagues a augmenté d'environ 0,47 % par an, montrant son potentiel en tant que source d'énergie fiable.

#Potentiel de l'énergie des vagues

L'énergie des vagues est une ressource abondante, surtout le long des côtes, où le potentiel total est estimé à environ 2,11 térawatts (TW). Parmi cela, environ 96,6 gigawatts (GW) peuvent être exploités. Cependant, beaucoup de pays ne l'ont pas pleinement utilisée par rapport à d'autres sources renouvelables comme l'éolien et le solaire. Pour lutter contre les pénuries d'énergie et réduire la dépendance aux combustibles fossiles, les pays investissent dans des Convertisseurs d'énergie des vagues (WEC). Par exemple, en 2021, la Chine et l'Inde ont construit leurs propres WEC pour exploiter cette source d'énergie inexploité.

#Superconducteurs à haute température sans isolation

Un avancement récent dans la technologie de l'énergie des vagues consiste à utiliser des superconducteurs à haute température sans isolation (HTS) dans la conception des WEC. En retirant l'isolation entre les enroulements des bobines HTS, les systèmes peuvent atteindre une meilleure fiabilité opérationnelle comparé aux superconducteurs traditionnels. Cette approche permet d'obtenir plus de force et de meilleures performances, ce qui est crucial pour des applications nécessitant de forts champs magnétiques, comme les accélérateurs de particules et les machines IRM.

L'adoption de la technologie HTS sans isolation dans les WEC cherche à résoudre des problèmes liés à la Densité de flux magnétique et à la taille globale des aimants utilisés.

#Conception et développement des WEC

L'objectif de cette technologie est d'améliorer la conception des convertisseurs d'énergie des vagues. En intégrant des aimants HTS sans isolation dans le système de production d'énergie, on peut améliorer l'efficacité et réduire les coûts matériels. Le processus de conception implique l'analyse de divers facteurs, y compris l'Électromagnétisme, les forces mécaniques et les besoins en refroidissement.

Le système proposé utilise un design d'absorbeur de point, qui capte l'énergie des oscillations des bouées dans l'eau. Alors que les vagues océaniques déplacent la bouée, cela fait tourner un générateur pour produire de l'électricité. Les bouées peuvent efficacement exploiter l'énergie des vagues venant de différentes directions.

La configuration globale comprend un Cryocooler pour refroidir les aimants HTS et une batterie pour maintenir le flux de courant. L'hydrogène liquide sert de liquide de refroidissement, qui circule dans le système pour garder les aimants à une température convenable.

#Composants clés du système

Un aspect crucial de la conception inclut la bouée, qui doit être correctement dimensionnée pour une absorption optimale de l'énergie. Les dimensions de la bouée sont déterminées par la longueur d'onde des vagues, assurant une capture maximale d'énergie. Le diamètre de la bouée est conçu pour être 1,5 % de la longueur d'onde pour maximiser l'efficacité.

Le design utilise des matériaux en plastique renforcé de fibres (FRP) pour réduire le poids tout en garantissant la durabilité. Les aimants sont placés dans une configuration qui maximise le changement de flux magnétique, facilitant une meilleure production d'énergie.

Chaque ensemble d'aimants est connecté, formant un circuit électrique triphasé. Cet agencement permet au système de produire de l'énergie efficacement tout en gardant la taille totale du système gérable.

#Stratégies d'optimisation

Pour améliorer les performances, plusieurs techniques d'optimisation sont employées. Les dimensions des aimants HTS sont soigneusement calculées pour atteindre la plus haute sortie de voltage tout en minimisant l'utilisation de matériaux. Le processus de design inclut également une approche multi-largeurs, qui implique l'utilisation de différentes largeurs de bande superconductrice dans les aimants pour augmenter la capacité de courant critique.

Les tests montrent que le design multi-largeurs booste significativement la puissance de sortie par rapport à une approche à largeur unique. Les résultats indiquent que cette méthode mène à une densité de flux magnétique plus élevée, améliorant encore la performance globale du système.

#Analyse électromagnétique et mécanique

Pour s'assurer que le système fonctionne efficacement, une analyse des propriétés électromagnétiques des aimants est réalisée. Cela inclut la mesure de la densité de flux magnétique et du courant critique à l'intérieur des aimants. Maintenir un bon équilibre est crucial, car des champs magnétiques excessifs peuvent entraîner une dégradation du système.

Le design intègre des fonctionnalités mécaniques robustes pour résister aux forces générées pendant le fonctionnement. La force de Lorentz, qui résulte de l'interaction entre le champ magnétique et le courant électrique, est soigneusement gérée pour s'assurer que les aimants restent stables sous charge.

#Considérations cryogéniques

Le refroidissement est vital pour le fonctionnement des systèmes HTS. Le design utilise une méthode de refroidissement par immersion, où les aimants sont submergés dans un liquide de refroidissement. Des calculs précis déterminent la quantité d'hydrogène liquide nécessaire pour maintenir les aimants à leur température de fonctionnement optimale.

Surveiller la densité de courant est essentiel pour éviter la surchauffe des bobines de l'armature. Le design garantit que les niveaux de courant restent dans des limites sûres, contribuant à la stabilité et aux performances à long terme.

#Production d'énergie et analyse de sortie

Le système WEC est connecté à un réseau électrique via un circuit redresseur. Ce dispositif permet une conversion efficace de l'électricité produite d'un courant alternatif (AC) en courant direct (DC) pour utilisation.

De nombreuses simulations sont réalisées pour évaluer la production d'énergie dans diverses conditions, comme des amplitudes de vagues et des courants différents. Les résultats montrent que l'augmentation de l'énergie des vagues corrèle directement avec des sorties de puissance plus élevées. Par exemple, dans des conditions optimales, le système peut produire environ 14,10 kW de puissance.

#Conclusion

La conception et le développement d'un convertisseur d'énergie des vagues tubulaire HTS sans isolation représentent un avancement significatif dans l'exploitation de l'énergie renouvelable. En appliquant divers principes d'ingénierie, le système montre un potentiel prometteur pour produire de l'électricité de manière efficace et économique.

Alors que les besoins en énergie renouvelable augmentent, des innovations comme celle-ci joueront un rôle crucial dans la satisfaction des demandes énergétiques tout en abordant les préoccupations environnementales. Avec une recherche et un développement continus, des versions plus grandes des WEC pourraient potentiellement fournir des quantités encore plus substantielles d'énergie propre, réduisant encore la dépendance aux combustibles fossiles.