Ozeanwellen haben seit langem ein großes Potenzial als Quelle für erneuerbare Energien. Wellen produzieren weltweit schätzungsweise 50 Billionen bis 80 Billionen Watt – fast zwei bis dreimal so hoch wie der aktuelle jährliche Energieverbrauch der Welt.
Viele Geräte wurden entwickelt, um die große Leistung von Wellen in Elektrizität zu erfassen und umzuwandeln, aber die heutigen Technologien stehen vor Herausforderungen bei der Effizienz, insbesondere in tieferen Gewässern. Infolgedessen hat sich Wellenenergie noch nicht als erneuerbare Quelle genauso abgenommen wie Wind und Solar.
Eine Möglichkeit um dieses Problem liegt in der Wechselwirkung zwischen zwei Arten von Wellen: denen auf der Ozeanoberfläche und denen, die sich unter Wasser befinden. Meine Forschungsgruppe hat gerade ein Papier veröffentlicht, in dem gezeigt wird, wie Unterwasserschallwellen verwendet werden können, um Oberflächenwellen leistungsfähiger zu machen, was möglicherweise zu einer tragfähigeren Energiequelle macht.
Die gleichen Erkenntnisse könnten auch schließlich verwendet werden, um die Risiken von Tsunamis zu verringern, indem sie kleiner werden. Darüber hinaus zeigen wir in einem zweiten neuen Papier, wie Unterwasserwellen verwendet werden können, um das heutige Tsunami-Frühwarnsystem zu verbessern.
Die Wellen auf der Oberfläche des Ozeans werden häufig durch eine Kombination aus Wind, die Wasser und Schwerkraft auferwecken, die es wieder nach unten ziehen-daher werden manchmal als Wellen der Oberflächengravitität bezeichnet. Andererseits sind ihre Unterwasserkollegen Schallwellen, die durch Phänomene wie Erdbeben oder Vulkanausbrüche erzeugt werden, manchmal Tausende von Metern unter der Oberfläche.
Diese akustischen Wellen reisen durch Komprimieren und Erweiterung des Wassers, ähnlich wie der Klang durch die Luft. Sie reisen mit der Schallgeschwindigkeit im Wasser (etwa 1.500 Meter pro Sekunde) über transozeanische Entfernungen, bevor sie schließlich dissipatin dissipatin sind. Oberflächenwellen wandern in der Reihenfolge von zehn Metern pro Sekunde mit viel niedrigeren Geschwindigkeiten.
In der Theorie der klassischen Wasserwellen werden diese beiden Arten von Wellen als getrennte Einheiten angesehen, die jeweils in ihrer eigenen Welt in ihrem eigenen Rhythmus leben. Die Möglichkeit, dass sie nur auf der Rückseite eines von mir mitverfassten Forschungsarbeits aus dem Jahr 2013 interagierten, das meine Kollegen und mich dazu veranlasste, ein Phänomen zu erforschen, das als Triade Resonance bekannt ist.
Hier übertragen zwei akustische Wellen Energie in eine Oberflächenwelle, indem sie ihre Frequenz übereinstimmen, was wiederum dazu führt, dass die Oberflächenwelle größer und stärker wird (indem sie ihre Amplitude erhöht). Dies eröffnet die Möglichkeit, einen akustischen Wellengenerator zu verwenden, um Schallwellen zu erzeugen, die auf eine bestimmte Größe und Frequenz abgestimmt sind, die Oberflächenwellen verbessern (oder gleichermaßen unterdrücken würde).
Verbesserte Wellen würden es den heutigen Wellenturbinen und oszillierenden Wassersäulen (die Wellenleistung verwenden, um Luft durch eine Turbine zu erzwingen) zu ermöglichen, um mehr Strom zu erzeugen und ihr Effizienzproblem effektiv zu überwinden.
Die Hauptanforderung wäre ein akustischer Wellengenerator, der auf der erforderlichen Skala fein abgestimmt werden könnte. Akustische Wellengeneratoren existieren bereits für Laborzwecke, daher geht es darum, eine vorhandene Technologie zu skalieren.
Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass Triade -Resonanz die Oberflächenwellenhöhen um mehr als 30%erhöhen kann. Natürlich würde der Generator Energie erfordern, obwohl die Hoffnung darin besteht, dass auch dies von Wellen angetrieben werden könnte, um die Kohlenstoffemissionen zu minimieren. Eine zusätzliche Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass Methoden entwickelt werden, um die akustische Energie effizient zu nutzen, um sicherzustellen, dass die geringstmögliche Energie verschwendet wird.
Unser nächster Schritt ist es, einige numerische Simulationen zu erstellen und eine Reihe kleiner Laborexperimente durchzuführen, in denen die Triade-Resonanz in der Praxis in der Praxis funktioniert. Diese werden dazu beitragen, unsere Theorien zu verfeinern und ihre Machbarkeit zu bewerten, hoffentlich, um dies in eine kommerzielle Realität zu verwandeln.
Tsunami -Minderung
Ich habe ursprünglich die Möglichkeit vorgeschlagen, die Höhe der Tsunami -Wellen zu reduzieren, indem ich 2017 unter Wasserwellen unter Wasserwellen manipulierte. Im neuen Papier betrachten wir dies ausführlicher.
Wir fanden heraus, dass der Resonanzmechanismus während des Erdbebens von 2022 Tonga und Tsunami sicherlich im ozeanischen Maßstab stattfand. Dies zeigt, dass es theoretisch möglich ist, die Größe eines Tsunami mit unserer Technik zu manipulieren.
Die Herausforderung besteht darin, die akustischen Wellen in der erforderlichen Skala und Konfiguration unter realen Bedingungen zu erzeugen und zu lenken. Dies wäre schwieriger, als akustische Wellen zu verwenden, um die Wellenenergie zu nutzen, nicht zuletzt aufgrund des Tsunamis, der einen viel leistungsstärkeren Akustikwellengenerator erfordern würde.
Andere Probleme, die zu überwinden sind, sind, die genauen Eigenschaften des Tsunami in Echtzeit zu kennen und das Risiko, dass die Verwendung der falschen Konfigurationen die Welle tatsächlich größer als kleiner machen kann.
Während es einige Zeit dauern kann, um dies realisierbar zu machen, können akustische Wellen möglicherweise auch dazu beitragen, Tsunamis auf andere Weise zu mildern. Unser zweites Papier zeigt, dass die Überwachung und Analyse dieser Wellen in Echtzeit die vorhandenen und aufkommenden Technologien zur Vorhersage von Tsunamis, einschließlich Ozeanbojen und Seismometern, ergänzen könnte.
Derzeit gibt es weltweit Tausende von Seismometern, die jedoch nur Erdbeben überwachen, während Tsunamis auch durch Erdrutsche, Explosionen und Vulkanausbrüche verursacht werden können. Selbst bei Erdbeben beinhalten große seismische Lesungen nicht immer große Tsunamis. Dies kann zu Fehlalarmen wie in Alaska im Jahr 2018 führen.
In der Zwischenzeit sind Ozeanbrüchen, die den Meeresspiegel und den Wasserdruck messen, aufgrund ihrer Betriebsbedingungen oft fehlerhaft und auch relativ langsam bei Warnungen, wenn sich Tsunamis (gemäß meinen Berechnungen) mit einer Geschwindigkeit von bis zu 200 m pro Sekunde im tiefen Ozean bewegen können. https://www.youtube.com/embed/ugil3drjwi0?wmode=TRALPARENT&start=0
Ein komplementäres System besteht darin, akustische Wellen unter Verwendung eines Unterwassermikrofons zu messen, das als Hydrophon bekannt ist. Diese erfassen die akustischen Wellen, die durch alle Phänomene erzeugt werden, die Tsunamis verursachen, und die Geschwindigkeit, mit der diese Wellen reisen, bedeutet, dass nur 30 Hydrophonenstationen die Tsunami -Hochrisikogebiete der gesamten Welt abdecken könnten.
Dies könnte für Küstengemeinschaften in der Nähe der Quelle eines Tsunami besonders lebensrettend sein. Es würde auch globale Ziele für widerstandsfähigere Küstenstädte unterstützen, wie z.
Usama Kadri, Leser der angewandten Mathematik, Cardiff University
wird aus dem Gespräch unter einer Creative Commons -Lizenz neu veröffentlicht.
