تجدیدپذیر؛ این بار با کایت و هواپیمای بدون‌سرنشین

گروهی از محققان به تازگی نرم‌افزار جدیدی را با هدف تحلیل سیستم‌های تولید انرژی بر پایه کایت‌ها و هواپیماهای بدون‌سرنشین ابداع کرده‌اند. آن‌ها از این نرم‌افزار برای مطالعه رفتار این سیستم‌ها در حال انتقال انرژی جنبشی باد به انرژی الکتریکی مفید استفاده کردند.

سیستم‌های انرژی بادی هوایی (AWES) نوع جدیدی از تکنولوژی برای بهره‌گیری از انرژی باد هستند.

در این سیستم‌ها برج سنگین و گران و همچنین روتور یک توربین بادی سنتی به ترتیب با یک ابزار مهارکننده سبک و یک هواپیما (کایت‌های غول پیکر انعطاف‌پذیر یا هواپیماهای بدون سرنشین بزرگ) جایگزین می‌شوند.

در طرح تولیدی جدید، AWES از نیروی تنشی ابزار مهارکننده برای به حرکت درآوردن یک ژنراتور الکتریکی روی زمین استفاده می‌کند، در حالی که در طرح‌های تولید پروازی انرژی برق با توربین‌های بادی روی هواپیماها تولید و توسط ابزار مهارکننده هادی به زمین منتقل می‌شود.

در هر دو مورد، AWES هزینه‌های نصب و تجهیزات کمی دارد و در ارتفاع بالا (حدود ۵۰۰ متر) که بادها شدیدتر و دایمی‌تر هستند کار می‌کنند. آنها تاثیر بصری کمی هم دارند و حمل‌ونقل ساده‌تر آن‌ها را برای تولید انرژی در مناطق دوردست مناسب می‌سازد.

یکی از اعضای تیم تحقیقاتی این پروژه از دانشگاه بیومهندسی و مهندسی هوافضای UC3M توضیح می‌دهد: «AWES تکنولوژی‌های مزاحمی هستند که در ارتفاعات بالا کار و انرژی الکتریکی تولید می‌کنند.

آن‌ها رشته‌های شناخته شده مهندسی برق و هوانوردی مانند طراحی ماشین‌های برقی، آئروالاستیسیته و کنترل را با رشته‌های غیرمتداول مرتبط با هواپیماهای بدون سرنشین و دینامیک پالهنگ‌ها ترکیب می‌کنند.»

در این چارچوب محققان UC3M در یک مقاله علمی که به تازگی در مجله مدل‌سازی ریاضی کاربردی (Mathematical Modelling) منتشر شده است، شبیه‌ساز پروازی جدیدی برای AWES ارایه کرده‌اند.

شبیه‌ساز می‌تواند برای مطالع هرفتار AWES، بهینه‌سازی طراحی آن‌ها و یافتن مسیرهایی برای حداکثر ساختن تولید انرژی استفاده شود. نرم افزار UC3M ثبت شده و می‌تواند به صورت رایگان دانلود و برای اهداف تحقیقاتی توسط گروه‌های دیگر استفاده شود.

همراه با شبیه‌ساز، محققان یک بستر آزمایشی پروازی برای AWES ابداع کرده‌اند. دو کایت غلتان به چند ابزار و اطلاعات کلیدی مانند موقعیت و سرعت کایت، زوایای حمله و لغزش و تنش‌های پالهنگ که در طول تعداد زیادی از پروازها ثبت شده اند، مجهز شده‌اند.

داده‌های آزمایشگاهی بعد از آن برای اعتبارسنجی ابزارهای نرم‌افزاری مانند شبیه‌ساز مذکور و تخمین زننده پارامترهای مختلف که وضعیت کایت را در هر لحظه مشخص می‌کند استفاده شدند.
آماده کردن بستر آزمایش نیازمند زمان، کار و منابع بسیار زیادی بوده، اما توجه تعداد زیادی از دانشجویان را نیز به همراه داشته است.

در کنار تحقیق، پروژه فعالیت‌های آموزشی ما را هم غنی کرده چراکه بسیاری از کارها توسط دانشجویان ارشد و در قالب پروژه‌های نهایی آنها در رشته مکانیک پرواز و مهندسی هوافضا انجام شده است.

یک بخش رو به رشد

فعالیت‌های تحقیقاتی و تاسیس شرکت‌های جدید مرتبط با تولید انرژی در ارتفاع‌های بالا حدود ۵۰۰ متر با استفاده از کایت‌ها و هواپیماهای بدون‌سرنشین به دلیل حمایت مالی از سوی کمیسیون اروپا و شرکت‌های خصوصی مانند گوگل در میان بقیه به میزان قابل توجهی در چند سال گذشته رشد داشته است.

گروه UC3M که در سال ۲۰۱۵ و با بودجه بنیاد BBVA راه اندازی شده یک شرکت پیشگام در اسپانیا به شمار می‌آید. بعد از آن، این گروه با پروژه GreenKite و با بودجه وزارت علوم، نواوری و دانشگاه‌ها حمایت شده است.

ترجمه: مهندس نیره شمشیری