Runt världen, energiproducenter letar efter de mest pålitliga och effektiva medlen för att generera förnybar energi genom hållbara metoder. Turbiner som använder vattenströmmar för att driva samhällen är en av dessa metoder.

Problemet:att bestämma var och hur man ska placera turbiner för att generera ström samtidigt som deras effekt på omgivande miljöer begränsas.

Det är där Lauren Ross datormodell kommer in.

Ross är biträdande professor vid College of Engineering vid University of Maine. Hon arbetade tidigare med andra forskare och ingenjörer vid University of Bordeaux, studerar tidvattenturbiner i ett mynningssystem på Frankrikes sydvästra kust.

Den postdoc -forskningen har överfört till hennes nuvarande projekt, "Att förstå tidvattenturbinernas inverkan på strömhastighet och sedimenttransport i en makrotidmynning:en numerisk modellstudie."

Projektet innebär att mata in numeriska data i en 3D-datormodell. Modellen kan simulera effekterna av att placera kraftgenererande turbiner i vattenvägar som upplever tidvatten.

Vad är tidvattenturbiner?

Tidvattenturbiner är roterande blad som drivs av flödande vattenströmmar som skapar energi. De används i flodmynningar, eller platser där floder möter tidvattnet. Detta är en idealisk plats för energiproducerande utrustning på grund av pålitliga dagliga tidvatten och möjligheten att uppskatta mängden el som ska genereras vid en given tidpunkt.

Tidvattenturbiner är inrymda i fasta strukturer och placeras i vattnet. Det tar flera turbiner, betraktas som en turbin "gård, "att producera tillräckligt med el för att driva en betydande del av ett samhälle.

Varför är detta viktigt?

Medan tidvattenkraftverk inte är lika stora som deras vindkraftkusiner, de kan påverka de fysiska och sociala aspekterna av mynningssamhällen.

Innan en tidvattenturbin "gård" placeras i en vattenväg, Ross modell kan simulera effekterna och fördelarna med gårdens geografiska läge och det mest effektiva sättet att ordna turbinerna. Detta sparar energiproducenterna tid och finansiella kostnader för försök och fel i fältet.

"Företag vill förstå hur turbinerna påverkar miljön, "sa Ross." Jag insåg att det inte hade gjorts många studier om både att optimera konfigurationen och se hur den optimala konfigurationen skulle påverka miljöförhållandena. "

Optimera tidvattenturbinplacering

Innan du väljer en testplats, turbinbönder måste ta hänsyn till behovet av att undvika livliga båttrafikfält, områden som innehåller flytande skräp, gårdens närhet till ett elnät, och bredden på den geografiska platsen för att avgöra om en gård skulle passa.

När en plats väljs, Ross datormodell simulerar flodmynningens förhållanden och hjälper till att avgöra var man ska lokalisera och ordna ett helt turbinfält. Målet är att alla turbiner i ett fält ska få ett effektivt vattenflöde.

Modellen visar platser i en mynning som har det perfekta vattenflödet för att skapa den hastighet som behövs för att generera el. Genom att använda en turbins dragkoefficient, modellen mäter energin som turbinen utvinner från flödesfältet under tidvattencykeln.

"Jag kan hjälpa beslutsfattare att bestämma den optimala konfigurationen för turbinerna med den här modellen, "sa Ross." Specifikt, Jag skulle kunna säga 'Om du kan implementera turbinerna på det här sättet, du kommer att generera 'x' mängd elektricitet. '"

Simulerar tidvattenturbins effekt på vattensystemets fysik

Att veta vilken påverkan en turbinodling kommer att ha på den omgivande miljön är viktigt. Den fysiska närvaron av själva turbinerna kan bromsa flödet av vattnet i kanalen och öka mängden sedimentavsättning och ackumulering. Ross modell simulerar denna inverkan.

Enligt Ross, många flodmynningar med stora tidvattenområden är mycket grumliga - vilket betyder att de är grumliga med en stor mängd suspenderat sediment. Turbingårdarna kommer att påverka var sedimentet i slutändan kommer att transporteras. Hennes modell kan förutsäga var sediment skulle deponera.

Till exempel, om ackumuleringen skulle få ett undervattensberge att hindra en navigeringskanal, jordbrukare måste bestämma om de ska flytta gården eller förbereda sig för behovet av muddring oftare i dessa områden.

Tillämpa forskningen på hennes undervisning och lokala kustteknik

Ross tror att hennes forskning är unik och är entusiastisk över att använda sina modeller för att engagera sina studenter.

"Jag använder sådana här modeller för att lära ut hydraulik och visa studenter vad kustteknik handlar om, "sa Ross." Det här är en riktigt cool applikation och de blir glada över det. "

Hon kan utveckla liknande datormodeller som kan tillämpas på flodmynningar runt om i världen. Hon är ivrig efter att samarbeta med tidvattenturbinbönder i Maine och bortom.

"Med det nuvarande tillståndet i vårt klimat, vi måste fokusera våra metoder för att generera el från fossila bränslen, "sa Ross." Jag tror att tidvattenenergi är ett av de mest lovande sätten vi kan göra det på i framtiden. "