Användningen av inströmsflöde (eller hydrokinetiska) energiomvandlare i floder verkar erbjuda ett annat fungerande och effektivt alternativ för att utöka förnybar energi och begränsa koldioxidutsläppen i USA. Även om potentialen för in-stream-flödes-energiskördssystem redan har demonstrerats för floder med fasta bäddar, Forskare utvecklade nu en skalenlig demonstration av hydrokinetisk energi som genereras från en flodkanal med en sandbädd. Deras resultat, detaljerat i en ny tidning publicerad i Naturenergi , visade att modellens hydrokinetiska kraftverk kan generera energi effektivt och säkert utan att undergräva stabiliteten i flodens geomorfa miljö.

När det globala intresset för att främja hållbar och förnybar energiteknik fortsätter att växa, forskare har uppskattat att outnyttjad kinetisk energi kan skördas från vattenflödet i bäckar, floder och tidvatten för att producera upp till 10 procent av landets el. Nyckelidén är att installera uppsättningar av axial- och tvärflödesturbiner i vattenvägsbäddar, ser väldigt ut som "vindkraftsparker under vatten, " att utnyttja kinetisk energi utan att behöva bygga dammar som i traditionell vattenkraftsproduktion. Även om lovande resultat redan har erhållits för floder med fasta bäddar, genomförbarheten och potentialen för sådan teknik har ännu inte demonstrerats för en stor klass av floder i naturen med sandbäddar och migrerande sanddyner.

Ett team av forskare, inklusive Fotis Sotiropoulos, Ph.D., en SUNY Distinguished Professor och dekan för College of Engineering and Applied Sciences vid Stony Brook University, och medarbetare vid University of Minnesota St. Anthony Falls Laboratory, tog sig an denna fråga.

Forskarna skapade en modell för hydrokinetisk kraftverk under kontrollerade laboratorieförhållanden representativa för stora sandiga floder. De installerade flera nedsänkta hydrokinetiska turbiner i en kanal som var 85 meter lång och 2,75 meter bred. Kanalen återger hydrauliken, sedimenttransport, och morfodynamisk skalningsområde för en naturlig flod under kontrollerade laboratorieförhållanden som gör det möjligt för forskarna att kontrollera flödeshastigheten och sedimentutsläppet. De använde toppmoderna flödesmätningstekniker och en högupplöst laserskanner för att visualisera hur stora migrerande sanddyner interagerar med turbinerna och påverkar det hydrokinetiska kraftverkets prestanda och motståndskraft i en sedimentaktiv flodmiljö.

Studien visade att med korrekt placering av turbinerna, kraftverket skulle effektivt kunna utvinna kinetisk energi utan att kompromissa med flodens geomorfa jämvikt och den strukturella säkerheten hos turbinfundamenten, även i närvaro av stora migrerande sanddyner.

"Vårt arbete visar att det är möjligt att skörda hydrokinetisk energi från sandiga floder utan att undergräva turbinernas strukturella integritet eller störa flodmiljön. Sandiga floder är vanliga i naturen och därför kan våra fynd påverka produktionen av förnybar el i samhällen runt omkring landet och världen, " sammanfattade Dean Sotiropoulos.