شناورهای زیر آب (شامل شناورهای رانش و شناورهای عمیق دریا) ابزار مهمی برای نظارت بر اقیانوس، جمعآوری اطلاعاتی مانند دما، شوری، جریانهای اقیانوسی و دادههای بیولوژیکی هستند. با این حال، شرایط شدید اعماق دریا چالشهای مهمی را برای نیرو دادن به شناورها ایجاد میکند. منبع تغذیه پایدار و درازمدت برای شناورهای زیر آب برای پایداری فعالیتهای{4} اعماق دریا بسیار مهم است.
محدودیت های منابع برق متعارف
شناورهای زیر آب وظایف مختلفی از جمله جمع آوری، ذخیره و انتقال داده ها و همچنین تصمیم گیری هوشمندانه را انجام می دهند. همه این عملکردها به یک منبع تغذیه پایدار بستگی دارد. قطع برق شناورها را به "جعبه های سیاه" مدفون در بستر دریا تبدیل می کند. این نه تنها منجر به از دست دادن اطلاعات می شود، بلکه منجر به هدر رفتن تجهیزات گران قیمت نیز می شود. بنابراین، منبع تغذیه طولانی مدت، قابل اعتماد و قابل کنترل برای شناورهای زیر آب برای افزایش عمر مفید و بهبود کارایی آنها بسیار مهم است.
منابع انرژی نوآورانه
برای غلبه بر محدودیتهای باتریهای معمولی، دانشمندان و مهندسان فنآوریهای انرژی تجدیدپذیر مختلفی را برای ارائه-نیروی بلندمدت شناورهای زیر آب توسعه دادهاند. برخی از مهمترین منابع انرژی عبارتند از:
1. انرژی خورشیدی
شناورهای شناور دریایی یا شناورهای شناور معمولاً از انرژی خورشیدی به عنوان منبع اصلی خود استفاده می کنند. شناورهای جدید با صفحات خورشیدی نازک- بسیار کارآمد پوشیده شدهاند که میتوانند انرژی پایداری را در سطح اقیانوس زمانی که نور خورشید فراوان است تولید کنند. حتی در عرضهای جغرافیایی بالا یا در روزهای ابری، پنلهای خورشیدی بهینهسازی شده توان خروجی کم را حفظ میکنند، بنابراین نیازهای اولیه حسگر و ارتباط را برآورده میکنند. به عنوان مثال، یک شناور خورشیدی مورد استفاده در یک پروژه نظارت دریایی اروپا بیش از 12 ماه است که در قطب شمال فعال بوده است.
2. برداشت انرژی موج
امواج اقیانوس حاوی انرژی جنبشی عظیمی هستند که باعث میشود دستگاههای تبدیل انرژی موج به گزینهای ایدهآل برای خودکفایی انرژی{0}} تبدیل شوند. این دستگاه ها با حرکت دادن شناور با حرکت موج، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. مصرف انرژی کم ژنراتورهای مایکروویو آنها را برای عملکرد طولانی مدت در آبهای عمیق مناسب می کند. به عنوان مثال، یک شناور انرژی موج که توسط موسسه اقیانوس شناسی آکادمی علوم چین ساخته شده است، بیش از 18 ماه است که در حال کار مداوم بوده است.
3. تولید برق ترموالکتریک
شناورهای شناور در اعماق دریا می توانند از طریق تبدیل ترموالکتریک نیرو تولید کنند و از اختلاف دما بین سطح و عمق استفاده کنند. این فناوری به هیچ حرکت مکانیکی خارجی نیاز ندارد و برای محیطهای پر فشار-در اعماق دریا-به خوبی مناسب است. آزمایشهای مختلف نشان دادهاند که شناورهای ترموالکتریک به ویژه در آبهای استوایی کارآمد هستند و-جمعآوری دادههای فرکانس بالا{6}} انرژی جزر و مد و جریان اقیانوس را امکانپذیر میکنند.
برخی از شناورهای شناور از انرژی جنبشی جزر و مد یا جریان های اقیانوس برای تولید برق با استفاده از توربین های کوچک استفاده می کنند. این رویکرد برای شناورهای عمیق-دریا، به ویژه در مناطقی با جریان های اقیانوسی پایدار، مناسب است. اگرچه از نظر فنی پیچیده است، اما پایداری و دوام آنها پتانسیل قابل توجهی را ارائه می دهد. کاهش مصرف انرژی نیز به همان اندازه مهم است.
علاوه بر تولید برق، کاهش مصرف انرژی کلید دیگری برای عملکرد طولانی مدت-می باشد. طرحهای شناورهای زیرآبی مدرن از استراتژیهای{2}} صرفهجویی انرژی مختلف استفاده میکنند:
• حسگرها-و ریزپردازندههای کم مصرف.
• حالتهای بیداری و خواب{0}}برنامهریزیشده؛
• فشرده سازی داده ها و انتقال دسته ای.
• استفاده از امواج صوتی بهجای ارتباط بیسیم برای کاهش استفاده از ماژولهای پرقدرت-.
این فناوریها بویهها را قادر میسازند تا بیش از یک سال به طور مداوم با حداقل مصرف برق کار کنند.
انتقال منبع تغذیه شناورهای زیر آب از باتریهای معمولی به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، موجی و ترموالکتریک، همراه با طراحی کارآمد انرژی{0}} و مدیریت هوشمند، به طور قابل توجهی طول عمر آنها را در آبهای عمیق افزایش میدهد. این پیشرفتهای فناوری، نظارت کارآمدتر و پایدارتر اقیانوسها را امکانپذیر میسازد، بنابراین سهم مهمی در تحقیقات علمی و حفاظت از محیط زیست دارد. با تداوم توسعه فناوری، شناورها قادر خواهند بود به سنگ بنای "اینترنت اشیاء اقیانوس" تبدیل شوند و به انسان ها در کشف و محافظت از اقیانوس ها کمک کنند.
