Japanse doorbraak maakt golfenergie bruikbaar

Een Japanse onderzoeker heeft golfenergie-omzetter ontwikkeld die een belangrijk knelpunt in oceaanenergie kan oplossen. De gyroscopische golfenergie-omzetter kan tot vijftig procent van de beschikbare golfenergie opnemen over een breed bereik aan golffrequenties. Daarmee wijkt het fundamenteel af van bestaande systemen, die doorgaans alleen goed functioneren bij één specifieke golfperiode.

Uivinder Takahito Lida van de universiteit in Osaka heeft zijn apparaat technisch onderbouwd in een wetenschappelijke publicatie in het Journal of Fluid Mechanics.

Het hart van het apparaat is een snel ronddraaiende gyroscoop die is ingebouwd in een drijvend lichaam. Wanneer zeegolven het platform laten bewegen, met name door kanteling en op-en-neergaande beweging, reageert de gyroscoop met een gyroscopische voorwenteling. Deze beweging wekt een draaikoppel op dat kan worden omgezet in elektrische energie.

In tegenstelling tot gangbare golfenergie-systemen is de energieopname hierbij niet primair gebaseerd op het in trilling brengen van het drijvende lichaam zelf, maar op de wisselwerking tussen golfbeweging en de rotatie van de gyroscoop.

Breed frequentiegebied

Uit de analyse blijkt dat het systeem, mits juist ingesteld, het theoretisch maximale rendement voor passieve golfenergie-omzetting kan bereiken: opname van de helft van de invallende golfenergie. Bijzonder is dat dit rendement niet beperkt blijft tot één frequentie, maar behouden blijft over een breed frequentiegebied.

Dat is van groot belang voor praktische toepassing, omdat zeecondities voortdurend veranderen. Waar conventionele systemen dan sterk aan rendement inboeten, blijft de gyroscopische omzetter juist effectief.

Rekenkundig model en tijdsafhankelijke berekeningen

Lida ontwikkelde een lineair rekenkundig model waarin de wisselwerking tussen de golven, het drijvende lichaam en de gyroscopische beweging is beschreven. Daarbij is gekeken naar:

• krachten en momenten op het drijvende lichaam;
• de voorwentelbeweging van de gyroscoop;
• de overdracht van golfenergie naar mechanische arbeid.

Aanvullende berekeningen in zowel het frequentiedomein als het tijdsdomein laten zien dat het hoge rendement niet alleen theoretisch haalbaar is, maar ook standhoudt bij realistische golfpatronen.

De onderzoeker benadrukt wel dat het vooralsnog gaat om een theoretisch en numeriek onderbouwd ontwerp. De volgende stappen zijn proeven met schaalmodellen en praktijktesten op zee.

Nieuwe richting voor golfenergie

Golfenergie geldt al lange tijd als veelbelovend, maar kampt met technische en economische beperkingen. De gyroscopische golfenergie-omzetter laat zien dat een andere fysische benadering, gebaseerd op gyroscopische beweging in plaats van resonantie, kan leiden tot wezenlijk betere prestaties.

Of het apparaat ook onder zware zeecondities betrouwbaar en rendabel functioneert, moet nog blijken. Technisch gezien vormt het ontwerp echter een duidelijke stap vooruit in de ontwikkeling van bruikbare golfenergie-systemen.