Български учени с иновативна технология за подобряване енергийната ефективност на кораба с над 11%

Български учени предлагат нова технология, която може да подобри енергийната ефективност на кораба с поне 11%.

Учени от Центъра по хидро- и аеродинамика към Института по металознание, съоръжения и технологии с център по хидро- и аеродинамика „Акад. А. Балевски“ – БАН, разработват уникална нова технология, целяща да обърне ефекта от лошото време, като преобразува клатенето на кораба в движение напред. Според учените, които наричат своята технология Wave Energy Drive (WE-Drive), тя може да подобри енергийната ефективност на кораба (EEDI) с 11% до 18%.

Добре известно е, че движещата се през огъната тръба вода създава сила на реакцията FR, чиято посока не зависи от посоката на движение на течността. Посоката на реакцията FR зависи от формата на тръбата, а големината на FR се определя от ъгъла на закривяване θ, скоростта на потока Vi, налягането Pi и напречното сечение Ai в двата края на тръбата (Фиг.1). Компонентите на реакцията FR са хоризонталната сила Fx и вертикалната сила Fy.

Концепцията WE-Drive
Фиг.1 (Център по хидро- и аеродинамика)

Хоризонталната компонента Fx може да има практическо значение като движеща сила за кораба. Отворен към морето отсек може да се използва за създаване на ефекта на огънатата тръба.

Някои специализирани кораби имат отворени вертикални шахти (т.н. moon pools), които използват ефекта на променящия се воден стълб при вълнение за сгъстяване на въздух. Сгъстеният въздух задвижва турбина преобразувайки вълновата енергия в електричество. Предложената от българските учени технология WE-Drive използва променящия се воден стълб за задвижване на кораба без междинно преобразуване на енергията в електрическа. За целта отворената шахта трябва да има дъгообразна форма. Тя може да бъде разположена във форпика, където в повечето случаи няма друго оборудване. Носът на кораба обикновено изпитва най-големите вертикални ускорения и има заоблена в правилната посока форма (Фиг.2). Друго потенциално възможно място за отворената шахта при конструкция с два винта е кърмовата част на кораба.

Технологията WE-Drive
Фиг.2 (Център по хидро- и аеродинамика)

Водата в тръбата (Фиг.1) се движи благодарение на разликата в наляганията в двата и края. Нивото на водата в отворената шахта ще се променя при вълнение поради инерцията и хидродинамичното налягане. Когато носът на кораба потъва, увеличаването на налягането под кила и инерцията на водата в шахтата ще я накарат да се движи нагоре спрямо корабния корпус. Когато носът на кораба изплава, гравитацията и инерцията на водата ще я накарат да се движи надолу спрямо корабния корпус.

Стандартните водометни движители разчитат на високата скорост на потока, докато WE-Drive разчита на големия обем вода движеща се в извития канал. Инерцията на кораба при клатене е значителна и би генерирала достатъчен дебит за да се създаде сила задвижваща плавателния съд напред. Добавеното съпротивление е незначително в сравнение с инерционните сили на кораба. Така то може да бъде преодоляно от WE-Drive, като се използва малка част от потопения под вода обем на плавателния съд. Предварителните CFD (Computational Fluid Dynamics) симулации и моделни изпитания на образец с формата на рог (Фиг.1) изглежда потвърждават това. WE-Drive би представлявал дъгообразен отсек отворен към морето на нивото на кила.

Корабите се нуждаят от повече мощност при лошо време, което влияе на генерираните от тях въглеродни емисии. Идеята на концепцията WE-Drive е да предостави зелена енергия точно когато тя е най-необходима. В този смисъл корабите, оборудвани с We-Drive, ще използват лошото време за пестене на енергия.

Според учените WE-Drive може да подобри конструктивния индекс за енергийна ефективност (EEDI) с 11% до 18% в зависимост от типа и размерите на кораба.

Вече е направено предложение за финансиране по програма „Хоризонт Европа“ от Центъра по хидро- и аеродинамика с партньори от Португалия, Испания, Италия и Гърция. Международният консорциум, оглавяван от Центъра по хидро- и аеродинамика  включва изследователи, експериментални центрове, дизайнери, корабни оператори, класификационна организация, високопроизводителен изчислителен център и експерти по обща оптимизация на дизайна. Ако финансирането бъде одобрено, което се очаква да стане в началото на следващата година, WE-Drive ще бъде оптимизиран и оценен на първоначално на един кораб. След това ще бъде оценена неговата ефективност на три кораба от различен тип и с различно водоизместване.