AbstractObiectivul fundamental al Petroleum Institute (PI) este de a oferi bord nc subiecte cuprinztoare pentru urmtoarea generaie de ingineri. Programul de Inginerie Mecanica, n special, prevede salestudenilor posibilitatea de a lucra pe proiecte de design legate de energie durabil i problemele de mediu.n acest sens, un proiect de energie alternativa a fost oferit sub forma unui proiect de senior de design de-a lungul curs de dou semestre ca un mijloc de a educa ingineri pe aceste teme. Obiectivul proiectareproiect a fost de a dezvolta un generator alimentat val de conversie a energiei valurilor de ap ntr-o direct stabil curent i stocate n continuare la putere senzori i actuatori electronice de mici dimensiuni. Provocarea, cu toate acestea, a fost de a gsi cel mai eficient mod de a produce energie electric prin intermediul inducie, i pentru a crea o greutate redus i configurare accidentat [1]. Baza fundamental a procesului de proiectare au fost aplicate pe parcursul a dou semestre la depi o problem dificil legat de ingineria mediului.1. IntroducereImportana Senior proiectare proiecte legate de problemele de mediuCreterea rapid a consumului de energie la nivel mondial, combinate cu problemele actuale de mediu, aprobleme dificile create cu impact direct asupra generaiilor viitoare. Pentru a oferi energia durabilresurselor i elimina problemele de mediu, industriile inovatoare de energie regenerabil (cum ar fi energia eolian,energie solar, energie pe baz de val, pile de combustie, etc.) au crescut rapid n ultimii zece ani i necesitingineri calificati pentru a aborda aceste probleme. Prin urmare, un fundal solid multidisciplinare de ingineriedevine esenial pentru un student la inginerie pentru a depi aceste provocri. O metod eficient depredarea unui curs Capstone bazat pe subiecte multidisciplinare este de a oferi un proiect de design senior la un grupde elevi. n Departamentul de Inginerie Mecanica, cursul de design senior este oferit n timpul doisemestre (MEEG414 i MEEG415). Studenii sunt obligai s i dezvolte abilitile de lucru n echip de inginerie n scopul de a proiecta si dezvolta un produs de inginerie provocator.Generatorul alimentat de und descrise n aceast lucrare a fost oferit ca un proiect de senior de design de trei elevii cu un livrabil clar. Elevii au fost obligai s nti de design i fabrica un canal de ap pentrugeneratoare de valuri de ap i n al doilea rnd pentru a dezvolta si construi un dispozitiv pentru conversia energiei de lavaluri de apa la 5 voli de electricitate curent. ntregul proces de proiectare (figura 1) a fostpredat i elevi au fost ncurajai s propun idei inovatoare pentru depirea provocrilor tehnicen timpul de proiectare i fabricarea de configurare experimental.

Descrierea proiectuluiOceanele acoper peste 70% din suprafaa lumii. Micarea vntului n aceste corpuri mari deap creeaz valuri care conin cantitate considerabil de energie cinetic (Figura 2). Energiaproducia de micare a apei n oceane pot fi obinute folosind dou moduri: Energia mareelor (la scar largproiecte care folosesc baraje i turbine pentru a controla fluxul de maree naturale) i energia valurilor (mediu spre micproiecte la scar folosind dispozitive mobile, fie staionare sau plutitoare pe suprafaa valurilor de ap).energie obinut poate fi valorificat i folosit ca o surs alternativ pentru a alimenta circuite i aparate electricecum ar fi senzori, elemente de acionare, i-furnizori de bustean de date folosite pe platformele experimentale offshore. n ciuda multepatente (Figura 3) i lucrri tehnice disponibile n literatura de specialitate [3-7], tehnologia energiei valurilor este nc odomeniu de cercetare noi i promitoare i necesit mai mult de anchet inginerie nainte de a putea fi eficientcomercializat.Obiectivul acestui proiect de design este de a dezvolta un generator de und alimentat cu ajutorul FaradayTehnica inducie. Configurare experimental ar trebui s converti energia valurilor ap la o direct stabilmagazin de curent i n puterea electric rezultat la putere senzori i actuatori electronice de mici dimensiuni.Provocarea, cu toate acestea, este de a gsi cel mai eficient mod de a produce energie electric prin intermediul inducie, ipentru a crea o greutate redus i configurare accidentat.2. Configurare experimentalUtilizarea procesului de inginerie de proiectare i o matrice decizie, un design a fost selectat pentru finalaconfigurare experimental. Dup cum se arat n Figura 4, montajul experimental final const din patru pri principale: (a) ocanal de ap, (b) un generator de unde, (c) un generator de putere, i (d) un circuit electronic.(A) canal de apaUn canal de ap dreptunghiular orizontal a fost construit i folosit ca unul dintre instrumentele pentru a simulavaluri de apa staionare n scara de laborator. Canalul lung 2000 mm are o seciune transversal de 200 mmde 300 mm. Canalul de ap a fost fabricat din fibra de sticla formular utiliznd un singur matri pies, n scopul de aa minimiza scurgeri. Pentru a minimiza turbulena, interiorul canalului a fost construit cu o suprafa netedsuprafa. Dup cum se arat n figura 4-a, o fereastr de sticl clit fost adaugat in pe o parte a canalului estespori fluxul de vizualizare i permite o analiza ulterioara a fluxului utiliznd tehnici de diagnosticare cu lasercum ar fi velocimetry imagine de particule sau Doppler cu laser anemometriei.(B) Generator WaveScopul generatorului val este de a produce valuri n suprafaa apei care rezult n valuri. Aschematic peste vedere al generatorului de und este prezentat n figura 4-b. Generatorul de und const dintr-o 200mm de 350 mm plac dreptunghiular fcut din acril. Placa este conectat la un disc rotativ cu fanteprintr-un mecanism link alunecare. Discul rotativ este ataat la un motor de curent continuu cu reductor montat pe o greasuport vertical de jos, care asigur stabilitatea sistemului. Mecanismul legtur glisant permite utilizatorului smodifica lungimea de und i amplitudinii undei de modificare a lungimii i poziiei cursei, i prinreglarea vitezei motorului de curent continuu. Motorul de curent continuu poate funciona la o vitez maxim de 80 rpm estecontrolate cu ajutorul o surs de alimentare variabil continuu.(C) Generator de putereContabilizarea urmtoarele criterii: (a) inovaie, (b) costul de producie, (c) stabilitatea din cauza valde impact, (d) disponibilitatea materialelor, (e) amprenta la sol, (g) de etanare i simplitate, i (h) apariia, studeniiales un design similar cu cel al Hare i McCallie [1]. Generatorul de energie, care funcioneaz pe bazaFaraday de inducie, alctuit din patru sub-pri. Aceste piese, aa cum este ilustrat n figura 4-c, includ un plutitorde baz, patru bobine electrice, patru magnei, i tije de sprijin. Fiecare bobin este format din 637 de rotaii ale 0,4 mmsrm de cupru i fiecare magnet produce un cmp magnetic de 3 Tesla.(D) circuite electroniceFuncia de circuitul electronic este de a converti curentul alternativ produs de generatorul de energieprin inducie, n curent continuu. Circuitul este prezentat n figura 4-d. Acest lucru este realizat prin utilizarea unuicircuit punte redresor pentru fiecare bobin. Un condensator este plasat n paralel de ieire a redresorului lafinisati tensiunea de ieire.

Rezultatele obinute i problemele ntmpinateElevii au fost capabili sa genereze o tensiune de ieire de 1.25VDC din fiecare bobin, producnd astfel un total de5VDC. Curentul produs a fost suficient pentru a alimenta un singur LED. Una dintre provocrile ntlniten faza de proiectare a fost instabilitate n generatorul de energie din cauza incapacitii sale de a reveni la salepoziie de echilibru dup ce a fost strmutate. Pentru a mri stabilitatea centrul de greutate i centrulflotabilitate de generatorul de energie plutitoare au fost modificate. Acest lucru a fost realizat prin utilizarea bobine mai uoare. nmodele iniiale bobinele cntrit 1,140 gr i n cazul n care n cele din urm redus la 240 gr.O alt problem a fost deriva generatorului alimentat de und spre captul canalului. Acestprovocat generatorul pentru a ciocni cu peretele frontal canal i limiteaz o micare oscilatorie. Mai mult dect att,cnd generatorul ajunge la locurile de picuri val, ncepe s se mite n sus i n jos pe vertical carelimiteaz vibraia transferat la magneii. Prin urmare, sa decis s limiteze micarea wavepoweredGeneratorul ntr-o locaie unde poate fi extras maxim i ieire consistent. Pentru a face acest lucru, douPlexiglas tije au fost utilizate pentru a limita micarea de generator i acioneaz ca cale pentru generatorul.4. Costul EstimareUnul dintre avantajele de configurare experimental descris n lucrarea este faptul c este low-cost i utilizeazUtilaje frecvent ntlnite n laboratoarele de inginerie i fizic mecanice cum ar fi un personalcalculator i de alimentare variabil. Pe lng rezervorul fibra de sticla, ntregul ansamblu fiind fabricat n nostruatelier mecanic care a contribuit la costat economisire. Tabelul 1 prezint lista de aproximativ pretul pentrucomponentele necesare ale configurare propuse. Excluse din lista este costul de calculator personal ide alimentare variabil.

Strategia de predareProiectul de design prezentat ar putea oferi o perspectiva considerabile cu privire la conceptul de energie din surse regenerabilepentru studenti intr-un program Mecanica. Proiectul Generator powered valsubliniaz importana utilizrii cunotinelor multidisciplinare pentru rezolvarea problemelor de inginerie moderne.Dup cum se arat n Figura 5, pentru finalizarea proiectului, elevii au fost obligate s aplice mai multe fundamentalconcepte studiate la cursuri anterioare: conversie a energiei (MEEG480), achizitii de date si analiza semnalelorutiliznd software-ul LabVIEW (MEEG438), caracterizare und (PHYS191), stabilitatea obiecte plutitoare(MEEG354). n plus fa de conceptele teoretice, elevii au avut ocazia de a mbunti inginerie lorcompetene n ceea ce privete gestionarea unui proiect (MEEG479), desen inginerie utiliznd software-ul SolidWorks(STPS201 i STPS251), fabricarea pieselor n atelierul mecanic (MEEG345), comunicarea cufurnizori, supervisor i, personal de laborator (COMM101 i COMM151).6. ConcluziiUn experiment constnd dintr-un canal de ap, un generator de und, i un generator de putere a fost proiectat detrei elevi seniori mine. Obiectivul fundamental a fost de a dezvolta o serie de design pentru un wavepoweredGenerator pe baza urmtoarelor criterii: (a) inovaie, (b) costul de producie, (c) stabilitatea datorits val de impact, (d) disponibilitatea materialelor, (e) picior de imprimare, (g) de etanare i simplitate, i (h) aspect.Proiectul final selectat sa bazat pe un design original de Hare i Mc Callie [1]. Elevii au pututpentru a genera o tensiune de ieire de 1.25VDC din fiecare bobin produce un total de 5VDC. Produsacurent a fost suficient pentru a porni pe un singur LED. Proiectul de design a reprezentat o experien bogat destudeni n ceea ce privete rezolvarea problemelor legate de cercetarea n domeniul energiei, predicie i depireadificulti n timpul procesului de proiectare, i satisfacerea livrabil final cerut de mentori. Toatetrei elevi terminat studiile i a obinut cel mai nalt grad la cursuri de design seniori(MEEG414 i MEEG415) i sunt n prezent angajate n calitate de ingineri n diverse companii de exploatare n temeiulumbrela de Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC).

dispozitive cu unde.Valurile au potentialul de a furniza o surs complet durabil a energiei, care pot fi capturate i transformat n energie electric prin convertor de energie a valurilor (CME) maini. Aceste WECS au fost dezvoltate pentru a extrage energie din rm la apele adanci larg.Am identificat opt tipuri principale de CME:

A) AtenuatorUn atenuator este un dispozitiv plutitor care opereaz n paralel cu direcia val i eficient plimbari valuri. Aceste dispozitive de captare a energiei din micarea relativ a celor dou brae, cnd unda le trece.

B) PUNCTUL ABSORBERUn absorbant punct este o structur plutitoare care absoarbe energie din toate direciile, prin micrile sale n / aproape de suprafata apei. Acesta convertete micarea n raport de sus plutitor la baza in energie electrica. Sistemul de putere decolare poate lua o serie de forme, n funcie de configuraia de deplasatori / reactoare.

C) OSCILANT WAVE SURGE CONVERTERConvertoare supratensiune val oscilant extrage energie din valuri val i micarea particulelor de ap din cadrul acestora. Braul oscileaz ca un pendul montat pe o articulaie pivotat ca rspuns la micarea apei n valuri.

D) oscilante coloan de apO coloan de ap oscilant este un parial scufundat, structura gol. Acesta este deschis la mare sub linia de plutire, anexnd o coloan de aer pe partea de sus a unei coloane de ap. Valurile determina coloana de ap s se ridice i s cad, ceea ce la rndul su, comprim i decomprim coloana de aer. Acest aerul captat este lsat s curg ctre i din atmosfer printr-o turbin, care are, de obicei, capacitatea de a roti indiferent de direcia fluxului de aer.Rotaie a turbinei este utilizat pentru a genera electricitate.

E) revrsarea peste baraj / TERMINATOR DISPOZITIVRevrsarea peste baraj dispozitive de captare a apei, unde sparge ntr-un rezervor de stocare. Apa este apoi a revenit la mare, care trece printr-o turbin cu cap redus convenional care genereaz energie. Un dispozitiv revrsarea peste baraj poate folosi "de colecie", pentru a concentra energia valurilor.

F) SUBMERSIBILE difereniale de presiuneDispozitive difereniale de presiune scufundate sunt de obicei situate n apropiere rm i ataat la fundul mrii. Micarea valurilor provoac nivelului mrii s se ridice i s cad deasupra dispozitivului, inducnd o diferen de presiune n aparat. Presiunea alternativ pompeaz lichidul printr-un sistem pentru a genera electricitate.G) umflatura WAVETehnologia val umflatura const dintr-un tub de cauciuc umplut cu ap, ancorate la fundul mrii poziia n valuri. Apa intr prin pupa i unda trece provoac variaii de presiune de-a lungul lungimii tubului, crend o "umflatura". Ca umflatura calatoreste prin tubul creste, colectarea de energie care poate fi folosit pentru a conduce o turbin standard cap mic situat la prova, unde apa apoi revine la mare.

H) ROTATIVE MASSDou forme de rotaie sunt folosite pentru a capta energie de micarea de opintire dispozitivului i leagn n valuri. Aceast propunere conduce fie o greutate excentric sau un giroscop cauze de precesie. n ambele cazuri micarea este legat la un generator electric n interiorul dispozitivului.

I) n alteAceasta acoper acele dispozitive cu un design unic i foarte diferit de tipurile mai bine stabilite de tehnologie sau n cazul n care informaii privind caracteristicile dispozitivului nu a putut fi stabilit. De exemplu Wave rotorului, este o form de turbin transformat direct de valuri. Structuri flexibile au fost, de asemenea, a sugerat, prin care o structur care i schimb forma / volum este parte a sistemului de putere decolare.

Departamentul de Energie din SUA investeste 16 milioane de dolari pentru a valorifica Wave i Tidal Energy.

Departamentul de Energie al SUA a anunat joi c va investi 16 milioane dolari pe 17 proiecte diferite pentru a ajuta la captarea energiei din valuri, maree i cureni. Proiectele sunt parte a efortului de a implementa fiecare surs disponibil din SUA energie, ca parte a preedintelui Barack Obama all-of-the-sus strategia energetic, potrivit departamentului.

"Wave i energia mareelor reprezint o resurs mare, neexploatat pentru Statele Unite i dezvoltarea responsabil a acestei surse curate, energie regenerabil este o parte important a noastr toate-of-the-sus strategia energetic", a declarat secretarul adjunct pentru eficien energetic i surse regenerabile Energia David Danielson.

Opt dintre proiectele vor folosi 13,500,000 dolari pentru a construi dispozitive cu unde i mareelor care reduc costurile totale i pentru a maximiza energia s-au adunat. Proiectele vor dezvolta noi trenul de rulare, generator de i componente structurale, precum i dezvoltarea software care va prezice condiiile ocean i a regla setrile aparatului pentru a maximiza producia de energie.

Celelalte nou proiecte vor folosi 2.4 milioane dolari pentru a colecta i analiza datelor de mediu de la proiecte de und i mareelor, precum i zonele potenial de dezvoltare.

Cea mai mare beneficiar al finanrii este Oceanul regenerabile Power Co SRL, care va primi 4930000 dolari pentru dou proiecte. Alte destinatari includ Columbia electrice Technologies, ABB Inc (NYSE: ABB), Resolute Marine Energy Inc., Ocean Energy LLC Statele Unite ale Americii, Oceanul putere Technologies Inc i Electric Power Research Institute Inc.

Marine i hidrochinetic sistem de performan de promovare n proiecte: controale avansate Proiecteo Dehlsen Associates, LLC, n Santa Barbara, California, va dezvolta controale avansatesoftware pentru dispozitivul lor multi-pod Centipod val. Noul software va ajuta preziceCondiii de und viitoare i s ofere semnale de control pentru a regla setrile curente ale sistemului deface mai receptiv putere Centipod, a maximizarea de captare a energiei,reducerea ncrcare, i creterea durabilitate centrale.DOE de finanare: 500.000 de dolari. Valoarea total a proiectului: 625.000 dolari.o Ocean regenerabile Power Company, LLC, n Portland, Maine, va investiga, analiza,i s modeleze un sistem de control pentru sistemul lor TidGen-gril conectat care prezice mareelorCondiii pe baza msurtorilor nainte dispozitivului, i le folosete pentru a reglaSetrile de turbine pentru performane optime. Sistemul de control mbuntit ar putea mai multrecolta eficient de energie de la ap extrem de turbulent. Proiectul are potenialulse aplic o serie de alte dispozitive mareelor de turbine.DOE de finanare: 1,930,000 dolari. Valoarea total a proiectului: 2400000 dolari.o Resolute Marine Energy, Inc., n Boston, Massachusetts, va dezvolta un control de feedbackalgoritm pentru un dispozitiv val convertor de energie. Algoritmii vor lua n calcul valDinamica i date locale, n cele din urm de stabilire a unui sistem de decizie sensibil la valprognoze i erori de msurare. Compania estimeaza sistemul de control, lacompletarea i validarea intr-unul din dispozitivele lor energia valurilor SurgeWECTM la scar real,va produce o mbuntire a eficienei de captare, capacitate, precum i a costurilor de energie.DOE de finanare: 1 milion dolari. Valoarea total a proiectului: 1360000 dolari. Next-Gen alimentare Proiecte de decolareo ABB, Inc., n Raleigh, Carolina de Nord, n colaborare cu Resolute Marine Engineeringi Texas A & M University, va construi un generator de compact-priz direct i demonstraviabilitatea n dispozitiv energia valurilor SurgeWECTM Resolute Marine Energy. Cndcomplet, acest design va permite nlocuirea existent preluare hidraulic Resolute luioff - trenului de rulare i ansamblul generator care transform energia mecanic nelectricitate - cu o putere electric decolare, rezultnd n creterea timpului de funcionare.scop este de a produce un generator de 50 la suta mai mici decat un Driv direct traditional.

Columbia putere Technologies din Charlottesville, Virginia, va demonstra utilizarea unuiRomanul, modulul de putere la decolare de nalt performan, trenul de rulare i ansamblul generator decare transform energia mecanic n energie electric, pentru energia valurilor lor Stingrayconvertor. Sistemul de noua putere decolare va folosi un generator de i alte unicEchipamente pentru a oferi de nalt eficien, de conversie a energiei reduse de ntreinere i depozitare.Proiectul urmrete s mbunteasc nu numai competitivitatea costurilor, dar, de asemenea, reduceCosturile de ntreinere n dispozitive de energie valurilor desfurate.DOE de finanare: 3,000,000 dolari. Valoarea total a proiectului: 3750000 dolari.

Marine i hidrochinetic Proiecte de mediu: Monitorizarea mediului marin i hidrochinetic Proiecteo Universitatea din Maine, n Orono, Maine, va utiliza datele privind interaciunile de pete cuTidGen turbin maree ORPC a prezice probabilitatea de pete marin ntlni iDispozitive hidromecanice. Bazndu-se pe datele culese de la 2010, care a stabilit iniialmodele de distribuire de pete de la locaie-acest proiect turbinei va oferi post-Date de implementare pentru comparaie, pentru a mbunti tehnicile pentru a distinge ntre petispecii care folosesc senzori submarin acustice, i s pun n aplicare o ntlnire, probabilitate de-model. Acest lucru va ajuta evaluare a posibilelor efecte ale marin i hidrochineticdispozitivele de pe specii sau grupe de specii, i o mai bun nelegere a potenialului mai lungEfectele pe termen lung ale unui dispozitiv hidrochinetic asupra populaiilor locale de pete.DOE de finanare: 394.000 dolari. Valoarea total a proiectului: 494.000 dolari.

Studiul parametric al oscilant Wave Surge Converter.

Dispozitivul energia valurilor Oyster dezvoltat n prezent de ctre Aquamarine Power Limited provenit de la un studiu concept de design de la Universitatea Queens din Belfast ntreprinse n 2005. Conceptul este bazat pe utilizarea micrii val n val nearshore, care conduce o clap articulat pe fundul mrii spate i napoi. Aceast micare este transformat n energie prin pistoane conectate ntre clapa si un cadru fixat pe fundul mrii.Scopul acestui studiu este de a extinde gama de parametri a dispozitivului la dimensiunile afara a ceea ce a fost investigat n ultimii ani. Parametrii cheie sunt nlime balama sus a fundului mrii raportul adncimea apei, nlime clapeta raportul adncime a apei, lime raportul adncimea apei i altele. Domeniul de aplicare al proiectului este de a efectua testarea unei lambou existent ntr-o serie de conditii de und i cu variaii de parametrul de mai sus la scar model din bazinul val n Belfast / Portaferry, Irlanda de Nord. Aspecte cum ar fi performana putere i de ncrcare global sunt parametrii de ieire cheie care vor fi evaluate. Plasarea proiect ar fi n grupul de cercetare marin de la Universitatea Queens din Belfast, o persoan de 25 echip puternic de cercetare cu acces extins la facilitatea de testare QUB.Studentul va fi prevzut cu o vasta pregatire in utilizarea facilitate, supravegherea i asistena cu analiza de ieire n mod regulat i colaborare cu echipa de cercetare de la Aquamarine Power Limited. Acest lucru nseamn integrarea deplin n echipa de cercetare i inginerie Aquamarine Power, astfel nct studentul poate dezvolta, de asemenea, o oarecare experien de lucru industrial cu o societate de energic i dinamic. Candidatul va fi permis s viziteze i s lucreze n trei birouri Aquamarine Power cu sediul la Edinburgh (Scoia), Orkney (Scoia) i Belfast (Irlanda de Nord).

n plus, candidatul va fi susinut financiar de ctre Aquamarine pentru durata proiectului.