Elektriciteit opwekken d.m.v. druk

[Colin]

Geachte TU Studenten,
Mijn naam is Colin Kort en ik ben een student van de middelbare school in Rotterdam: Zuidergymnasium. Mijn medestudenten en ik doen mee aan een project. Wij hebben gekozen voor het onderwerp Milieu en Ruimte. We willen graag ons idee uitleggen en feedback en tips vragen aan u.
Ons idee heeft te maken met elektriciteit. Wij willen elektriciteit opwekken met tegels die d.m.v. druk, elektriciteit opwekken. Die wordt opgewekt door een spoel met een magneet die heen en weer gaat door olie, de spoel ligt ondergronds en heeft erg dunne buizen die ervoor zorgen dat de olie heel hard perst op de magneet waardoor de magneet heen en weer gaat. Wij willen deze tegels dan neerzetten op drukke plekken waar vaak over heen wordt gelopen of gereden.

Met vriendelijke groeten,
Colin Kort, Micah Akihary, Boris Dillisen, Majd Naoum, Mike van Eekeren , Ruben Aarnoudse.

[lennardd]

Hoi @colin,

Wat een interessant idee!
Bij dergelijke projecten is het altijd belangrijk om een soort inschatting te maken van hoeveel elektriciteit je hiermee op zou kunnen wekken. Je kunt dan afwegen of het onder de huidige omstandigheden de moeite waard is om dit te bouwen of juist dat je wat extremere omstandigheden moet opzoeken wil het rendabel zijn.

Om dit te doen is het goed om eerst te kijken wat de druk is op de olie en (vooral!) hoeveel deze druk varieert. Want een constante druk kan niet worden benut, aangezien de magneet hierdoor niet in beweging wordt gebracht. Wat je magneet beweegt is dus het drukverschil tussen het moment dat er druk op de tegels wordt uitgeoefend en het moment dat er geen druk op de tegels wordt uitgeoefend. Daar moet je een inschatting van proberen te maken. Vervolgens kun je nadenken over de efficiëntie van de spoel, met welke kracht wordt de magneet door de spoel bewogen en hoeveel elektriciteit kun je hiermee opwekken.

Let wel dat je hier geen exacte getallen voor nodig hebt, een grove inschatting is al goed genoeg. Bijvoorbeeld een tegel van een vierkante meter, welk vermogen gaat dat leveren (orde 1 W, 1 kW, 1 MW of iets er tussenin?). Als je dit van tevoren doet, voorkom je eventuele teleurstelling aan het einde van het project als het toch niet mogelijk blijkt te zijn.

Ik hoop dat ik jullie hiermee heb kunnen helpen, maar als jullie verder nog vragen hebben, of misschien een keer over jullie idee willen videobellen, hoor ik het graag!

Groetjes,
Lennard

[jean713]

@lennardd Конечно, вот полный перевод этого конструктивного ответа на французский язык.

Chers Colin, Mika, Boris, Majd, Mike et Ruben,

Merci de nous avoir contactés avec votre idée. C’est un grand plaisir de voir que des lycéens du Zuidergymnasium travaillent sur des projets aussi ambitieux et pertinents. Votre concept est intéressant, et nous sommes heureux de partager quelques réflexions et questions qui pourraient vous aider dans la suite de votre travail.

Tout d’abord, votre idée relève du domaine de la récupération d’énergie (Energy Harvesting). Plus précisément, vous décrivez la conversion de l’énergie cinétique (la pression exercée par les pas et les voitures) en énergie électrique. Des technologies similaires existent déjà et sont à l’étude ; l’exemple le plus connu est la société Pavegen, qui crée des dalles générant de l’énergie à partir des pas. L’étude de leur expérience pourrait vous être très utile.

Maintenant, analysons votre concept plus en détail. Voici quelques pistes de réflexion :

1. Principe physique et efficacité (rendement)

Vous décrivez un mécanisme avec une bobine, un aimant et de l’huile. Cela ressemble à un générateur électromagnétique linéaire. La question principale ici est l’efficacité de la conversion.

Quelle quantité d’énergie peut-on obtenir d’une seule pression (un pas d’une personne ou le passage d’une voiture) ? L’énergie d’un seul pas est très faible. Essayez de faire un calcul approximatif : combien de joules d’énergie pourriez-vous générer et combien de pas faudrait-il, par exemple, pour allumer une seule ampoule LED pendant une minute ?
Le mécanisme avec de l’huile et des tubes fins semble intéressant, mais il pourrait créer une grande résistance hydraulique. Cela signifie qu’une grande partie de l’énergie de la pression serait utilisée pour surmonter cette résistance (en se transformant en chaleur) plutôt que pour déplacer l’aimant. Le rendement d’un tel système pourrait être très faible.
2. Durabilité et maintenance

Les zones à fort trafic sont un environnement très agressif.

Usure mécanique : Votre dalle doit pouvoir supporter des millions de pressions, le poids des camions, les chocs, les vibrations. Les matériaux doivent être incroyablement résistants.
Conditions climatiques : Comment le système se comportera-t-il en hiver par températures négatives ? L’huile peut s’épaissir. Que se passera-t-il en cas d’infiltration d’eau, de sel, de saleté ? L’étanchéité du système est un facteur crucial.
Maintenance : Tout système avec des pièces mobiles et des fluides nécessite un entretien. À quelle fréquence faudra-t-il changer l’huile ou réparer le mécanisme ? L’accès aux dalles sous une route ou un trottoir sera très complexe et coûteux.
3. Viabilité économique

C’est l’une des questions les plus importantes pour tout projet d’ingénierie.

Coût : Combien coûterait la production et l’installation d’une seule de ces dalles ?
Rentabilité : Quelle quantité d’électricité générera-t-elle pendant sa durée de vie ? Comparez le coût de cette énergie avec celui de l’énergie provenant d’autres sources (par exemple, des panneaux solaires installés à proximité). Il est très probable que le coût de votre dalle soit des centaines, voire des milliers de fois supérieur à la valeur de l’énergie qu’elle produit.
Que faire ensuite ? (Nos conseils)

Réduisez le champ d’application. Il n’est peut-être pas nécessaire d’essayer d’alimenter une ville entière. Votre dalle pourrait-elle alimenter un seul feu de circulation ? Ou un panneau de signalisation lumineux ? Ou encore un port USB pour recharger les téléphones à un arrêt de bus ? Cela rend le projet plus réaliste.
Simplifiez le mécanisme. Réfléchissez à la possibilité d’obtenir le même effet sans huile, en utilisant par exemple des ressorts ou des matériaux piézoélectriques (des cristaux qui génèrent un courant lorsqu’ils sont comprimés).
Faites des calculs. Même les calculs les plus simples “sur un coin de table” vous aideront à comprendre l’échelle du projet. Cherchez sur internet des données sur la quantité d’énergie pouvant être récupérée à partir d’un seul pas.
Pensez à un prototype. Comment pourriez-vous créer un prototype très simple et petit qui prouve que votre idée fonctionne en principe ? Par exemple, en utilisant une seringue avec de l’huile, un aimant et une bobine de fil de cuivre connectée à une LED.
Dans l’ensemble, vous avez une excellente direction pour votre projet. Vous posez les bonnes questions et cherchez des solutions innovantes pour l’énergie propre. Le plus important dans de tels projets n’est pas tant de créer un produit fini que le processus de recherche, de calcul et de recherche de réponses à des questions complexes.

Nous vous souhaitons bonne chance pour votre projet ! Si vous avez d’autres questions, n’hésitez pas à nous contacter.

Cordialement,
Les étudiants de l’Université Technique.