ابتكار روسي يحول الأمواج لتشغيل الأجهزة البحرية عن بعد
© Photo / Unsplash/ Jasmine Samin
تابعنا عبر
تحمل أمواج المحيط إمدادًا مستمرًا من الطاقة الميكانيكية، لكن استغلالها بكفاءة لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة لا يزال يُمثل تحديًا. طور مهندسون روس طريقة تصميم جديدة لمولدات صغيرة الحجم تُحوّل حركة الأمواج إلى كهرباء، وتشير المحاكاة إلى إنتاج طاقة يصل إلى حوالي 33 واط.
في أعماق البحار، تجمع الأجهزة بهدوء معلومات حول حالة المحيط، وأنماط الطقس، والبيئة البحرية. تُوفر هذه الأجهزة بيانات قيّمة، لكن الحفاظ على تشغيلها قد يكون صعبًا. غالبًا ما تكون الكابلات الكهربائية غير عملية، وتنفد البطاريات في نهاية المطاف، ولا يُمكن للألواح الشمسية دائمًا توفير طاقة موثوقة.
طور باحثون في جامعة بيرم الوطنية للبحوث التقنية (PNRPU) في روسيا نهجًا هندسيًا جديدًا لاستغلال هذه الطاقة، يركز عملهم على مولدات كهربائية صغيرة الحجم مصممة للأجهزة المستقلة الصغيرة بدلاً من محطات توليد الطاقة الكبيرة من الأمواج. تشير النتائج، التي نشرتها الجامعة في نوفمبر 2026، إلى أن نظامًا مصممًا بعناية يمكنه توليد طاقة كهربائية كافية لشحن البطاريات ودعم معدات المراقبة عن بُعد.
تحويل حركة الأمواج إلى كهرباء
المبدأ الأساسي بسيط نسبيًا، عندما تمر أمواج المحيط، فإنها ترفع وتخفض الأجسام الطافية مثل العوامات، وتحتوي هذه الحركة المتكررة على طاقة ميكانيكية يمكن تحويلها إلى كهرباء باستخدام مولد خطي.
على عكس المولدات التقليدية التي تعتمد على أعمدة دوارة، تُنتج المولدات الخطية الكهرباء من خلال الحركة في خط مستقيم، حيث يتفاعل عنصر مغناطيسي متحرك مع ملفات كهربائية، ما يُولد جهدًا كهربائيًا يمكن استخدامه لتزويد الطاقة أو شحن البطارية، ويكمن التحدي في جعل النظام يعمل بكفاءة عندما تتغير الأمواج باستمرار في الارتفاع والسرعة والشدة.
غالبًا ما تُبسط الحسابات التقليدية هذه الظروف بافتراض سلوك كهربائي سلس نسبيًا. عمليًا، قد يصل التيار المتدفق إلى البطارية عبر المقوم على شكل نبضات، مع فقدان جزء من الطاقة أثناء عملية التحويل، وتجاهل هذه التأثيرات قد يدفع المهندسين إلى المبالغة في تقدير كمية الكهرباء المفيدة التي يمكن أن ينتجها المولد.
طور فريق (PNRPU) طريقة حسابية تأخذ هذه الظروف في الحسبان، بما في ذلك الحركة الميكانيكية غير المنتظمة، وتغير الأحمال الكهربائية، وفقدان الطاقة.
ما الذي حققه الباحثون؟
باستخدام طريقتهم الجديدة، أنشأ الباحثون نموذجًا حاسوبيًا لمولد خطي أسطواني، وحاكوا استجابته للحركات الموجية. سمح لهم النموذج بدراسة القوى الميكانيكية، والمجالات المغناطيسية، والتيار الكهربائي، والجهد، وحركة المكونات الداخلية في ظروف التشغيل.
أشارت النتائج إلى أن المولد المقترح يمكن أن ينتج حوالي 33 واط في ظل ظروف محاكاة نموذجية، وهو مستوى طاقة مفيد لبعض الأنظمة الإلكترونية الصغيرة، وبحسب الباحث دينيس أوبارين، أشارت الحسابات أيضًا إلى إمكانية شحن بطارية بسعة 10 أمبير-ساعة في غضون أربع ساعات كحد أقصى في ظل الظروف المُحاكاة، وتعتمد أوقات الشحن الفعلية على جهد البطارية وحالة شحنها وطاقة الأمواج المتاحة.
ومن النتائج المُشجعة الأخرى الأداء الميكانيكي، حيث عملت المكونات المتحركة المُحاكاة بسلاسة دون اهتزازات أو ارتجاجات مفرطة، ما يُقلل من التآكل، ويتضمن التصميم أيضًا مغناطيسات من الساماريوم والكوبالت، تم اختيارها جزئيًا لمقاومتها لدرجات الحرارة العالية والتآكل. وقد تكون هذه الخصائص قيّمة في المعدات المُصممة للعمل في البيئات البحرية القاسية.
مولد صغير ذو إمكانات عملية
يعالج هذا البحث تحدياً عملياً في مجال الطاقة المتجددة، يتمثل في تطوير أنظمة طاقة صغيرة قادرة على العمل بشكل مستقل في البيئات النائية، ويمكن للعوامات الأوقيانوغرافية ومحطات الأرصاد الجوية ومعدات الملاحة وأجهزة الاستشعار البيئية استخدام مولدات تعمل بطاقة الأمواج لإعادة شحن بطارياتها وتقليل الاعتماد على الصيانة الدورية، كما يمكن تطبيق مبادئ التصميم نفسها لاستغلال الاهتزازات الميكانيكية من البنية التحتية كالجسور وخطوط الأنابيب.
وبدلاً من محاولة استخراج كميات هائلة من الكهرباء من المحيط، يستكشف الباحثون طرقاً لتسخير قدر كافٍ فقط من الطاقة للحفاظ على تشغيل الأجهزة الضرورية.
