پلتفرم داده برای توسعه انرژی تجدید پذیر از رودخانه تا اقیانوس

1 آوریل 2022 -توسط کیتلین مک درموت مورفی، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر

هیچ یک از این دستگاه های تولید انرژی دریایی هنوز به صورت تجاری در دسترس نیستند. با کمک ابزار جمع آوری و پردازش داده های به روز، آمریکایی ها به زودی می توانند انرژی پاک را از امواج، جزر و مد و جریان های رودخانه و اقیانوس دریافت کنند. اعتبار: وزارت انرژی ایالات متحده

بالاخره انرژی دریایی اینجاست؟

این سوال به اشکال مختلف هر سال اگر نه هر ماه در مقالات خبری مطرح می شود. در سال 2021، مجله Wired ادعا کرد که “ایالات متحده در نهایت در تلاش است تا قدرت انرژی امواج را باز کند.” در سال 2022، وال استریت ژورنال پرسید: “آیا اقیانوس می تواند به نجات سیاره کمک کند؟”

پاسخ ساده این است که بله، اقیانوس – به ویژه انرژی پاک تولید شده از امواج، جزر و مد و جریان های اقیانوس و رودخانه – می تواند به نجات سیاره کمک کند. انرژی موجود از این منبع انرژی تجدیدپذیر که انرژی دریایی نامیده می شود، معادل حدود 80 درصد نیاز سالانه برق ایالات متحده است. اگرچه نمی توان بخشی از این نیرو را عملاً مهار کرد، اما برای ساختن یک آینده 100٪ انرژی پاک، جهان به تمام انرژی های تجدیدپذیری که می تواند دریافت کند نیاز دارد.

اکنون، توسعه‌دهندگان انرژی دریایی می‌توانند سریع‌تر (و ارزان‌تر) این آینده را با Marine and Hydrokinetic Toolkit (MHKiT)، یک مرکز دانش گسترده، قابل جستجو و منبع باز که کدهای مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل عملکرد فناوری آنها را در اختیار توسعه‌دهندگان قرار می‌دهد. در مکان های مختلف اقیانوس ها و رودخانه ها این جعبه ابزار که اخیراً به‌روزرسانی شده، اکنون شامل داده‌هایی در مورد منابع انرژی جزر و مد و رودخانه، عواملی (مانند آشفتگی و رسوب) است که بر نحوه عملکرد فناوری در زیر آب تأثیر می‌گذارد، تجزیه و تحلیل امواج شدید و موارد دیگر.

ربکا فائو، محقق آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) که به توسعه MHKiT کمک کرد، گفت: “من واقعا مشتاق هستم تا به هر طریقی که می توانم به حل تغییرات آب و هوا کمک کنم.” انرژی پاک، از جمله انرژی دریایی، نقشی کلیدی در این امر ایفا می‌کند، بنابراین من مشتاق هستم که آن را شروع کنم. ممکن است به نظر یک قطعه کوچک از پازل باشد، اما بدون داده‌های با کیفیت خوب، صنعت نمی‌تواند به جلو حرکت کند. “

انرژی اقیانوس می تواند به نجات سیاره کمک کند. اما اینکه این صنعت نوپا چگونه به استفاده تجاری دست می یابد، سوال بسیار پیچیده تری است. برای ارائه نقشه راه داده، محققان NREL با آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام و آزمایشگاه ملی Sandia همکاری کردند تا اولین نسخه MHKiT را توسعه دهند که داده ها را در مورد همه چیز از تولید برق دستگاه و توانایی مقاومت در برابر انواع مختلف جذب، پردازش، تجسم و مدیریت می کند. بارهای مکانیکی به مقدار انرژی که از طریق اقیانوس ها و رودخانه ها در سراسر ایالات متحده جریان می یابد.

قبل از MHKiT، توسعه دهندگان مجبور بودند کد خود را برای تجزیه و تحلیل عملکرد فناوری آنها در طول یک مخزن موج یا آزمایش اقیانوس باز طراحی کنند. اما توسعه کد – و اعتبارسنجی – می تواند زمان بر و پرهزینه باشد. نرم افزار و داده های مشترک MHKiT نه تنها رایگان هستند، بلکه استاندارد شده و با کیفیت نیز کنترل می شوند.

فائو گفت: «استانداردسازی واقعاً کلیدی است، بنابراین همه در مورد عملکرد دستگاه‌ها یا طرح‌های خود نتیجه‌گیری می‌کنند.» توسعه‌دهندگان باید هم داده‌های با کیفیت بالا را جمع‌آوری و پردازش کنند تا فناوری خود را برای زنده ماندن در یک رودخانه خاص آماده کنند و هم یاد بگیرند که چه چیزی در دریا درست (و اشتباه) می‌شود.

MHKiT می تواند با همه اینها کمک کند. این نرم افزار که در سال 2019 با بودجه دفتر فناوری های نیروی آب وزارت انرژی ایالات متحده ایجاد شد، هم در پایتون و هم در متلب در دسترس است. اکنون، تیم MHKiT نسخه‌های قوی‌تری را برای هر پلتفرم منتشر می‌کند.

MHKiT اکنون در پلتفرم پایتون خود داده‌هایی را برای منابع جزر و مد و رودخانه در اختیار دارد، از جمله اینکه چه مقدار انرژی در کدام مکان‌ها در دسترس است، آب‌ها چقدر سریع و متلاطم در آن مکان‌ها هستند، و چه موانع زیر آب (مانند شن و ماسه و سنگ) ممکن است با عملکرد دستگاه برای افراد سختگیر در مورد انرژی دریایی، این به معنی داده های Acoustic Doppler Current Profilers و Delft3D است.

به علاوه، توسعه دهندگان انرژی موج اکنون می توانند امواج شدیدی را که ممکن است ماشین هایشان در محل استقرار انتخابی خود با آن مواجه شوند، تجزیه و تحلیل کنند. دستگاه های آماده نشده ممکن است از آن امواج جان سالم به در نبرند. با MHKiT، توسعه دهندگان می توانند احتمال تحمل آنها را افزایش دهند.

در پلت فرم MATLAB، تیم MHKiT داده‌های زیادی مانند ارتفاع موج، سرعت فعلی و دمای آب را جمع‌آوری می‌کند که توسط گروهی از شناورها که توسط برنامه اطلاعات داده‌های ساحلی مدیریت می‌شود، جمع‌آوری می‌کند. تیم MHKiT برای پیش بینی بهتر آب و هوا و آب و هوایی که ممکن است فناوری انرژی دریایی در فراساحل با آن مواجه شود، داده های موج تاریخی را نیز اضافه کرد. پس از تکمیل، این مجموعه داده به اصطلاح hindcast کل ایالات متحده را پوشش خواهد داد.

MHKiT تنها چهار سال سن دارد که در حال حاضر یک ابزار محبوب است که بیش از 4000 بار دانلود شده است (اگرچه برخی از این دانلودها مشتریان تکراری هستند که برای اطلاعات بیشتر باز می گردند).

در مرحله بعد، تیم توسعه جعبه ابزار قصد دارد داده ها و عملکردهای بیشتری را برای در نظر گرفتن سیستم های انرژی هیبریدی – مانند سیستم هایی که توربین های بادی شناور یا پانل های خورشیدی را با دستگاه های انرژی دریایی جفت می کنند – و برای فناوری های کوچکتر و خاص که برای تقویت اقتصاد آبی استفاده می شوند، ادغام کند.