En nyligen patenterad teknologidomän skulle kunna bygga stora, flexibla strukturer från enskilda energiomvandlare för att skapa mer kostnadseffektiva, högeffektiva verktyg för att generera ren energi från havet (och bortom). Kredit:Besiki Kazaishvili, NREL
Föreställ dig det här:Kläder som laddar din smarta klocka när du går, byggnader som vibrerar i vinden och driver dina ljus, en väg som utvinner energi från friktionen som skapas av bilar i rörelse och flexibla strukturer som ändrar form i havsvågor för att generera ren elektricitet för samhällen runt om i världen.
Det är inte science fiction. En dag skulle vi kunna utnyttja dessa naturligt förekommande energikällor tack vare en ny teknikdomän som precis fått sitt första patent:distribuerade inbäddade energiomvandlarteknologier (eller DEEC-Tec, uttalas kortfattat deck-tech).
Uppfinningens första patent är specifikt för tillämpningar inom marin förnybar energi – ren kraft som genereras från havs- och flodvågor, strömmar och tidvatten. Men DEEC-Tec skulle så småningom kunna omvandla källor för vardagsenergi, inklusive nästan alla fysiska rörelser eller dynamiska formförändringar, till elektricitet eller andra former av användbar energi.
"DEEC-Tec-domänen har ben och växer", säger Blake Boren, senior ingenjör vid National Renewable Energy Laboratory (NREL) och den ledande uppfinnaren av patentet tillsammans med Jochem Weber, chefsingenjör för NREL:s vattenkraftsprogram. DEEC-Tec kan mycket väl ha benen för att flytta in i byggnader, kläder och vägar, men det börjar i havet. "Patentet visar att vi tar fart inom ett fruktbart forskningsområde," sa Boren.
Så hur fungerar egentligen denna lovande DEEC-Tec-domän?
Föreställ dig en havsorm. Den ormen kan simma tack vare ett intrikat partnerskap mellan dess många böjliga muskelceller. I DEEC-Tec-domänen arbetar individuella energiomvandlare tillsammans, som muskelceller, för att skapa en större struktur, ungefär som havsormen. De flesta enheter använder en generator för att omvandla havsenergi till användbara, rena och förnybara energikällor, inklusive elektricitet. Men DEEC-Tec samlar sina många små omvandlare för att bilda en större, ofta flexibel energiomvandlare.
"DEEC-Tec ger forskare och utvecklare ett helt nytt sätt att tänka på hur man omvandlar marin energi från havsvågor, tidvatten och strömmar till mer användbara energiformer, som elektricitet," sa Boren.
Tillsammans kan dessa små energiomvandlare utgöra grunden för tyger, skott, stödstrukturer och mer och bygga en rad DEEC-Tec-baserade energiomvandlande strukturer. Till exempel kan DEEC-Tec-baserade vågenergiomvandlare se ut som ballonger som drar ihop sig och expanderar, ormar som böljar sig eller paddlar som vrider sig och böjer sig för att utnyttja havsvågsenergin.
Dessa anpassningsbara ballonger, ormar och paddlar kan också komma med stora fördelar. Flexibla vågenergiomvandlare, även kända som flexWECs, kan utnyttja och omvandla vågor till användbar energi genom hela sin struktur. Så oavsett var eller hur vågenergi interagerar med en enhets struktur, kommer energiomvandlare att finnas där för att omvandla den vågen till kraft.
Eftersom flexWECs inte koncentrerar havsvågsenergin till en enkel energiomvandlare (som en ensam roterande generator eller hydraulisk kolvcylinder) eller ett kraftöverföringssystem (som en drivaxel eller växellåda), undviker de att ackumulera havsvågskrafter som potentiellt skulle kunna stänga av eller skada maskinen. Faktum är att andra vågenergiomvandlare ofta använder stora stålramar för att skydda sina stela kroppar från oceaniska krafter, men dessa ramar kan vara dyra och tunga. Istället kan flexWECs gå med flödet.
FlexWECs ramar skulle också kunna göra det möjligt för dem att utnyttja energi från ett mycket bredare utbud av havsplatser och vågenergifrekvenser. "En dag kan det finnas DEEC-Tec-baserade marina förnybar energigårdar utanför kusten i Kalifornien, Oregon eller Washington, med dessa typer av vågenergiomvandlare som potentiellt kan driva kustsamhällen eller elnätet i stort," sa Boren.
Höga kostnader är ett av de sista stora hindren som den blomstrande marinenergiindustrin måste övervinna för att börja driva dessa samhällen. Och DEEC-Tecs flexibla arketyper kan erbjuda ett särskilt kostnadseffektivt sätt att utnyttja vågenergi. Eftersom flexWEC är värd för mycket mer än en energiomvandlare, kan de kräva färre underhållsresor; om bara en liten grupp små omvandlare behöver fixas, kan alla andra fortsätta att fungera.
FlexWECs kan också byggas med mer hållbara, kostnadseffektiva material, vilket gör dem lättare att installera och kontrollera när de är ute i havet. Större kontroll kan innebära ökad energiproduktion, vilket gör det möjligt för operatörer att anpassa sig till förändrade havsförhållanden för att utnyttja den största mängden potentiell energi.
Teknik för distribuerad inbäddad energiomvandlare (eller DEEC-Tecs) kan byggas in i många former, som ormar och ballonger, för att fånga energi från ett brett utbud av havsmiljöer. Kredit:Besiki Kazaishvili, NREL
Eftersom DEEC-Tec-domänen fortfarande är relativt ny, arbetar Boren och hans team hårt för att utforska exakt hur dessa teknologier skulle kunna skapa en ny generation av marina energienheter eller andra energigenererande material. Och Borens senaste patent var en stor push mot en DEEC-Tec-framtid.
"Patentet ger ytterligare tilltro till vad DEEC-Tec skulle kunna bli," sa Boren. "Nu har vi en patenterad grund för att vidareutveckla och marknadsföra DEEC-Tec både inom NREL och med våra externa samarbetspartners och industrin." + Utforska vidare
