新的建模工具助力海洋水动力能源项目

研究人员创建了一种新的建模工具，可用于帮助开发海洋水动力能源项目。该工具既可用于帮助设计更强大的海洋水动力技术，也可用于为确保商业项目的融资和许可至关重要的风险评估提供信息。论文“用于估计海洋水动力装置系泊系统脆弱性曲线的贝叶斯建模和机械模拟”发表在《应用海洋研究》杂志上。

问题在于海洋水动力装置，它将海洋潮汐、洋流和波浪的机械能转化为电能。

“海洋水动力技术有望在未来为可持续能源组合做出重要贡献，”该论文的共同作者、北卡罗来纳州立大学土木、建筑和环境工程副教授安德森德奎罗斯 (Anderson de Queiroz) 表示。

“然而，在极端天气事件(如飓风或热带风暴)中，水力装置可以利用相同的电流和波浪来发电，但同时也会损坏这些装置。例如，强风产生的波浪可能会将装置从系泊和锚定系统中扯松。”

“海洋水动力能源项目的启动成本很高，”该论文的合著者、北卡罗来纳州立大学土木工程与建筑学杰出教授莫·加布尔 (Mo Gabr) 表示。“如果开发商提出海洋水动力项目，则需要申请许可证并获得保险——而这两件事都需要开发商进行严格的风险评估。这就是脆弱性曲线估计的作用所在。”

对于风险评估，重要的是要知道海洋流体动力装置的组件在脱离海底之前可以承受多大的力。而这正是脆弱性曲线估计可以告诉你的。具体来说，在这种情况下，脆弱性曲线估计海洋流体动力装置在因系泊系统故障而造成损坏之前可以承受飓风或风暴的多少力。

“因此，脆弱性曲线估计有助于你对海洋水动力能源项目做出更明智的风险评估，”德奎罗斯说。“然而，它还为你提供了信息，你可以用它来设计更坚固、更能抵御极端天气条件的海洋水动力装置系泊和锚定系统。

德奎罗斯说：“我们这项研究的目标是创建一个可以做两件事的模型，我们的重点是研究被称为洋流涡轮机的水动力装置。”

“首先，让用户根据他们所使用的设备和系泊和锚固系统的具体特性确定其项目的脆弱性曲线估计值。其次，加入流体动力学模拟组件，让用户精确地看到他们的系统如何响应各种水流和风速。第二个元素对于帮助系统设计师开发更强大的设备和系泊系统特别有价值。”

考虑到这一点，研究人员开发了一款软件，让用户可以输入与海洋流体动力项目相关的具体数据，例如洋流、风速、流体动力装置和系泊系统的物理特性等。然后，该软件不仅可用于确定系统在相关位置脱离系泊的可能性，还可用于确定在发生此类故障之前该技术可以承受多大的洋流或风速。

“例如，你可以使用此工具来确定你的设备是否会在百年一遇的风暴中从其锚定和系泊系统中脱离，”de Queiroz 说。

“但您也可以使用此工具在模拟中修改您的设备或系泊系统，直到其支撑能力特性能够抵御百年一遇的风暴 - 然后使用该信息设计具有提供这种能力的属性的系统。”

研究人员计划在 GitHub 平台上免费提供该软件程序。

德奎罗斯说：“我们希望我们的模型能够有助于推进成功的海洋水动力能项目和技术，为可再生能源做出有意义的贡献。”