Αριθμητική μοντελοποίηση και διερεύνηση λειτουργίας και ενεργειακής απόδοσης συστήματος πλωτήρα-εμβόλου για ανάκτηση και αποθήκευση κυματικής ενέργειας - Γώγουλος, Λουκάς (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών, 2018)
Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται και αναλύεται η λειτουργία μηχανισμού εκμετάλλευσης κυματικής ενέργειας, ο οποίος περιγράφεται ως MP2PTO (multi-pump,multi-piston power take-off) και αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου Ocean Grazer [1]. Το δυναμικό κυματικής ενέργειας δύναται να καλύψει μεγάλο μέρος της παραγωγής ενέργειας και να αντικαταστήσει σημερινές συμβατικές πηγές ενέργειας. Τεχνολογίες που αποσκοπούν στην εκμετάλλευση τέτοιας μορφής ενέργειας σχεδιάζονται και αναπτύσσονται από τις τελευταίες δεκαετίες του 20ου αιώνα. Ωστόσο, δεν έχει καταφέρει κάποια από αυτές τις τεχνολογίες να επικρατήσει ως προς την εμπορική αξιοποίηση της, όπως συμβαίνει με αντίστοιχες τεχνολογίες που αξιοποιούν άλλες μορφές Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Εν προκειμένω, ο μηχανισμός που μελετάται εδώ έχει ως στόχο την απορρόφηση ενέργειας από θαλάσσιο κυματισμό. Ο μηχανισμός αυτός αποτελείται από διάταξη εμβολοφόρων αντλιών, η οποία συνδέεται μέσω ράβδων μεγάλου μήκους με στρώμα πλωτήρων στην επιφάνεια της θάλασσας. Η διάταξη αυτή τοποθετείται μέσα σε κατασκευή που βρίσκεται στο πυθμένα της θάλασσας ανάμεσα σε δύο δεξαμενές σε διαφορετικό βάθος, ενώ κάθε έμβολο κινείται εντός κυλίνδρου, που συνδέει τις δεξαμενές αυτές. Η ενέργεια που αποσπούν από το κύμα οι πλωτήρες μεταφέρεται στην διάταξη αντλιών και από εκεί στο εργαζόμενο ρευστό ως υδραυλική ενέργεια, η οποία στη συνεχεία είτε μετατρέπεται απευθείας από υδροστρόβιλο σε μηχανικό έργο είτε αποθηκεύεται στην άνω δεξαμενή. Στη παρούσα εργασία μοντελοποιείται απλουστευμένη διάταξη ενός πλωτήρα, μιας αντλίας και ενός εμβόλου, έτσι ώστε τα συμπεράσματα που θα εξαχθούν να συνεισφέρουν σε μελλοντικές έρευνες, οι οποίες θα εξετάζουν την λειτουργία ολόκληρου του μηχανισμού. Για τη μοντελοποίηση της διάταξης αυτής αναλύεται η κατακόρυφη παλινδρόμηση του πλωτήρα, που προκαλείται από κυματισμό συγκεκριμένων χαρακτηριστικών, καθώς και του εμβόλου. Αφού προσδιοριστούν οι μαθηματικές σχέσεις που περιγράφουν τις κινήσεις αυτές, σύμφωνα με προηγούμενη ερευνητική εργασία [2], προγραμματίζονται σε γλώσσα προγραμματισμού fortran και προσομοιώνεται αριθμητικά η λειτουργία του μηχανισμού. Τα αποτελέσματα που εξάγονται δεν αφορούν μόνο τη κίνηση κάθε στοιχείου της διάταξης, αλλά και τις δυνάμεις, που ασκούνται στο κάθε στοιχείο, καθώς και τις ενεργειακές αποδόσεις και υδραυλικές απώλειές του. Ως εργαζόμενο μέσο στο κλειστό δίκτυο των δυο δεξαμενών χρησιμοποιείται υδραυλικό ρευστό HFC, το οποίο έχει ως βάση το νερό, αλλά μεγαλύτερη συνεκτικότητα. Η παλινδρομική κίνηση ενός πλωτήρα αναφοράς, που μελετήθηκε, δεν παρουσιάζει μεγάλη απόκλιση από την κίνηση του κυματισμού, με περίπου ίσο πλάτος ταλάντωσης και αμελητέα διαφορά φάσης. Η ενεργειακή απόδοση του μηχανισμού διάταξης ενός πλωτήρα-εμβόλου είναι αρκετά μικρή συγκριτικά με το ενεργειακό δυναμικό του κυματισμού. Ωστόσο υπάρχει περιθώριο για ανάκτηση μεγαλύτερων ποσών ενέργειας από μηχανισμό πολλαπλών πλωτήρων-εμβόλων, όπως προτείνεται και από άλλες ερευνητικές εργασίες [2]. Τα αποτελέσματα της εργασίας μπορούν να βοηθήσουν στην περαιτέρω και πιο διεξοδική έρευνα της λειτουργίας του μηχανισμού.