L'uso di convertitori di energia a flusso in-stream (o idrocinetico) nei fiumi sembra offrire un'altra opzione praticabile ed efficace per espandere l'energia rinnovabile e limitare le emissioni di carbonio negli Stati Uniti. Sebbene sia già stato dimostrato il potenziale per i sistemi di raccolta dell'energia del flusso in corrente per i fiumi con letti fissi, i ricercatori hanno ora sviluppato una dimostrazione in scala dell'energia idrocinetica generata da un canale fluviale con un letto sabbioso. Le loro scoperte, dettagliato in un nuovo articolo pubblicato su Energia della natura , ha mostrato che il modello di centrale idrocinetica può generare energia in modo efficace e sicuro senza compromettere la stabilità dell'ambiente geomorfo del fiume.

Poiché l'interesse globale per il progresso delle tecnologie energetiche sostenibili e rinnovabili continua a crescere, gli scienziati hanno stimato che l'energia cinetica non sfruttata può essere raccolta dal flusso d'acqua dei corsi d'acqua, fiumi e maree per produrre fino al 10 per cento dell'elettricità della nazione. L'idea chiave è quella di installare nei letti dei corsi d'acqua array di turbine assiali e a flusso incrociato, assomiglia molto a "parchi eolici subacquei, " per sfruttare l'energia cinetica senza la necessità di costruire dighe come nella tradizionale produzione di energia idroelettrica. Mentre sono già stati ottenuti risultati promettenti per i fiumi con alvei fissi, la fattibilità e le potenzialità di tali tecnologie devono ancora essere dimostrate per un'ampia classe di fiumi in natura con fondali sabbiosi e dune di sabbia migranti.

Un team di scienziati, tra cui Fotis Sotiropoulos, dottorato di ricerca, un Distinguished Professor SUNY e Dean del College of Engineering and Applied Sciences presso la Stony Brook University, e collaboratori presso l'Università del Minnesota St. Anthony Falls Laboratory, assunto questa domanda.

I ricercatori hanno creato un modello di centrale idrocinetica in condizioni di laboratorio controllate, rappresentativa di grandi fiumi sabbiosi. Hanno installato più turbine idrocinetiche sommerse all'interno di un canale lungo 85 metri e largo 2,75 metri. Il canale riproduce l'idraulica, trasporto di sedimenti, e l'intervallo di scala morfodinamica di un fiume naturale in condizioni di laboratorio controllate, consentendo ai ricercatori di controllare la portata e lo scarico dei sedimenti. Hanno utilizzato tecniche di misurazione del flusso all'avanguardia e uno scanner laser ad alta risoluzione per visualizzare come le grandi dune di sabbia in migrazione interagiscono con le turbine e influiscono sulle prestazioni e sulla resilienza della centrale idrocinetica in un ambiente fluviale con sedimenti attivi.

Lo studio ha mostrato che con un corretto posizionamento delle turbine, la centrale potrebbe estrarre efficacemente energia cinetica senza compromettere l'equilibrio geomorfologico del fiume e la sicurezza strutturale delle fondazioni della turbina, anche in presenza di grandi dune di sabbia in migrazione.

"Il nostro lavoro mostra che è possibile raccogliere energia idrocinetica da fiumi sabbiosi senza compromettere l'integrità strutturale delle turbine o disturbare l'ambiente fluviale. I fiumi sabbiosi sono prevalenti in natura e quindi i nostri risultati potrebbero avere un impatto sulla produzione di elettricità rinnovabile nelle comunità circostanti. il paese e il mondo, " ha riassunto Dean Sotiropoulos.