Thiết kế này, được phát triển bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Rovira i Virgili (URV) Tây Ban Nha, do Francisco Huera dẫn đầu, chuyển đổi các rung động tạo ra khi dòng chảy đi qua một ống ngập trong nước, thành năng lượng cơ học có thể sử dụng được. Nghiên cứu này đăng trên tạp chí Fluids and Structures.
Thiết bị này gồm một ống hình trụ ngâm dưới nước, treo trên một trục, sao cho nó hoạt động như con lắc khi tiếp xúc với dòng chảy. Khi nước chảy quanh ống trụ, nó tạo ra các xoáy nước, khiến ống dao động, các dao động đó được truyền qua trục, đến các bộ phận thu năng lượng nằm trên mặt nước.
Điểm hay của hệ thống là chỉ có ống trụ nằm trong nước, các bộ phận khác như trục, bộ truyền động, máy phát điện có thể nằm trên mặt nước, giúp đơn giản hóa việc tiếp cận và bảo trì. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế và thử nghiệm hệ thống này trong một kênh nước tại Phòng thí nghiệm tương tác cấu trúc chất lỏng tại URV.
Các phương pháp truyền thống khai thác năng lượng dòng hải lưu, chủ yếu dựa vào turbine dòng chảy hướng trục hoặc dòng chảy ngang. Về lý thuyết, các turbine này có thể đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng trên 50%, nhưng trên thực tế, chúng thường chỉ thu được khoảng 25-35% công suất khả dụng.
Thêm vào đó, chúng cũng đòi hỏi các cấu trúc dưới nước phức tạp với nhiều bộ phận chuyển động, dễ bị ăn mòn và bám bẩn sinh học, cần bảo trì thường xuyên, tốn kém. Các trang trại turbine thủy triều quy mô thương mại vẫn chưa vượt qua giai đoạn nguyên mẫu và triển khai thí điểm.
Hệ thống dựa trên con lắc đi theo một hướng khác, bằng cách loại bỏ các cánh quạt quay và thay thế bằng ống hình trụ rung. Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, ống hình trụ thu nhỏ được gắn trên các ổ trục khí trong một kênh nước có kiểm soát, cho phép các nhà nghiên cứu đo góc dao động và áp dụng phanh điện từ vào trục.
Cấu hình này giúp định lượng được công suất cơ học có sẵn khi thiết bị hình trụ phản ứng với các rung động do xoáy gây ra. Các thí nghiệm cho thấy hệ thống đạt được hệ số công suất khoảng 15%, phù hợp với các thiết bị thu năng lượng dựa trên rung động của hình trụ trước đây. Hiệu suất này chỉ khoảng một nửa so với hiệu suất mà một turbine tiêu chuẩn có thể đạt được.
Nhưng ưu điểm của công nghệ này là cấu trúc đơn giản, nhỏ gọn, giảm thiểu khó khăn trong việc lắp đặt, bảo trì và tiếp xúc các điều kiện khắc nghiệt dưới nước. Sự đơn giản này có thể làm cho công nghệ trở nên hấp dẫn trong những môi trường mà việc lắp đặt, vận hành hay bảo trì các turbine thông thường gặp khó khăn.
Nguyên lý tương tự cũng có thể áp dụng đến các con sông có dòng chảy đủ lớn và mặt cắt ngang phù hợp, không cần đến đập, đê hoặc kênh chuyển hướng làm thay đổi hệ sinh thái. Ngoài ra, ý tưởng cơ bản về việc khai thác năng lượng từ dao động do dòng chảy gây ra có thể được điều chỉnh ứng dụng vào không khí chuyển động, mở ra khả năng ứng dụng trong năng lượng gió.
Nghiên cứu này góp phần vào nỗ lực rộng lớn hơn nhằm hiểu và khai thác các rung động do dòng chảy gây ra, điều mà các kỹ sư từ lâu coi là mối nguy hiểm hơn là nguồn tài nguyên. Các cấu trúc lớn ngoài khơi, như đường ống nối giàn khoan dầu với đáy biển có thể gặp phải các rung động do xoáy gây ra, dẫn đến mỏi vật liệu và đe dọa tính toàn vẹn của cấu trúc. Nghiên cứu mới này biến hiện tượng vật lý tương tự thành nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng.
Nhóm nghiên cứu cho đến nay đã mô tả hệ thống về mặt lý thuyết và xác thực thông qua thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhưng chưa chế tạo nguyên mẫu lớn hoặc đánh giá chi tiết về kinh tế. Giai đoạn tiếp theo của nhóm nghiên cứu sẽ là tối ưu hóa việc khai thác năng lượng, mở rộng phạm vi hoạt động của hệ thống và khám phá cách các mảng thiết bị có thể tương tác để tối đa hóa mật độ năng lượng.
