Bezłopatkowe turbiny wiatrowe mogą oferować więcej formy niż funkcji

Energia wiatrowa stała się legalnym źródłem energii w ciągu ostatnich kilku dekad, ponieważ większe, bardziej wydajne konstrukcje turbin wytwarzały coraz większe ilości energii. Ale chociaż branża odnotowała w 2014 roku rekordowe 99,5 miliardów dolarów globalnych inwestycji, wzrost turbin może osiągać swoje granice.

Vortex twierdzi, że jego bezłopatkowe turbiny będą generować energię elektryczną o 40 procent mniej niż koszt energii z konwencjonalnych turbin wiatrowych.​

Transport jest coraz trudniejszy ze względu na rozmiar komponentów: poszczególne łopaty i sekcje wieży często wymagają specjalistycznych ciężarówek i prostych, szerokich dróg. Dzisiejsze turbiny wiatrowe są również niesamowicie ciężkie. Generatory i skrzynie biegów umieszczone na wieżach wsporczych 100 metrów nad ziemią mogą ważyć ponad 100 ton. Wraz ze wzrostem masy i wysokości turbin, koszty materiałów szerszych, mocniejszych wież wsporczych, a także koszty utrzymania komponentów tak daleko od ziemi, zmniejszają się w korzyściach wydajnościowych większych turbin.

Energetyka alternatywna wielokrotnie bezskutecznie próbowała rozwiązać te problemy. Ale najnowszy wpis zapowiada radykalnie inny rodzaj turbiny wiatrowej: bezłopatkowy cylinder, który oscyluje lub wibruje.

Hiszpański startup Vortex Bladeless opracował turbiny, które wykorzystują wir, wirujący ruch powietrza lub innych płynów. Kiedy wiatr mija jedną z cylindrycznych turbin, odcina zawietrzną stronę cylindra w wirującym wirze lub wirze. Ten wir wywiera następnie siłę na cylinder, powodując jego wibracje. Energia kinetyczna cylindra oscylacyjnego jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą generatora liniowego podobnego do generatora wykorzystywanego do wykorzystania energii fal.

David Yáñez, jeden ze współzałożycieli firmy, po raz pierwszy zetknął się z tą koncepcją jako student badający zawalenie się mostu Tacoma Narrows Bridge w Waszyngtonie. Most zawalił się w 1940 roku z powodu nadmiernych wibracji powstałych w wyniku wirującego ruchu wiatru, gdy przelatywał obok mostu i jest podręcznikową awarią inżynieryjną. Yáñez nauczył się jednak innej lekcji. Mówi, że to bardzo dobry sposób na przekazywanie energii z płynu do struktury.

Lekka konstrukcja cylindra Vortex nie ma kół zębatych ani łożysk. Yáñez twierdzi, że będzie generować energię elektryczną o 40 procent mniej niż koszt energii z konwencjonalnych turbin wiatrowych. Firma otrzymała 1 milion dolarów kapitału prywatnego i finansowanie rządowe w Hiszpanii i poszukuje kolejnych 5 milionów dolarów na finansowanie kapitału podwyższonego ryzyka. Yáñez mówi, że firma planuje wypuścić czterokilowatowy system w 2016 roku i znacznie większe urządzenie o mocy 1 megawata około 2018 roku.

Turbina Vortex brzmi obiecująco, ale jak każdy radykalnie nowy projekt alternatywnej energii, turbiny bezłopatkowe mają wielu sceptyków.

Jeśli masz typową turbinę wiatrową typu śmigłowego, masz duży obszar przemiatany przez łopaty, mówi Martin Hansen, specjalista ds. energii wiatrowej z duńskiego Uniwersytetu Technicznego. Tutaj masz tylko kij.

Hansen mówi, że oprócz przechwytywania mniejszej ilości energii, oscylujące cylindry nie są w stanie przekształcić tak dużej ilości tej energii w energię elektryczną. Konwencjonalna turbina wiatrowa zazwyczaj przetwarza 80 do 90 procent energii kinetycznej wirującego wirnika w energię elektryczną. Yáñez mówi, że zbudowany na zamówienie generator liniowy jego firmy będzie miał sprawność konwersji na poziomie 70 procent.

Yáñez przyznaje, że projekt turbiny oscylacyjnej obejmie mniejszy obszar i będzie miał niższą wydajność konwersji, ale mówi, że znaczne obniżenie kosztów produkcji i konserwacji przeważy nad stratami.

Ponieważ Vortex buduje większe urządzenia, które wychwytują wiatr o większej prędkości dalej od ziemi, napotka również inne wyzwania związane z fizyką mechaniki płynów. Powietrze lub inne płyny poruszające się z małą prędkością obok cylindrów o małej średnicy przepływają płynnym, stałym ruchem. Zwiększ jednak średnicę cylindra i prędkość, z jaką przepływa przez niego powietrze, a przepływ stanie się turbulentny, tworząc chaotyczne wiry lub wiry. Przepływ turbulentny powoduje zmianę częstotliwości oscylacji cylindra, co utrudnia optymalizację produkcji energii.

Przy bardzo cienkich cylindrach i bardzo małych prędkościach otrzymujesz śpiewające linie telefoniczne, absolutnie czystą częstotliwość lub ton, mówi Sheila Widnall, profesor aeronautyki i astronautyki na MIT. Ale kiedy cylinder staje się bardzo duży, a wiatr bardzo wysoki, otrzymujesz zakres częstotliwości. Nie będziesz w stanie wydobyć z niego tyle energii, ile chcesz, ponieważ oscylacja jest zasadniczo turbulentna.

Widnall kwestionuje również twierdzenie firmy, że jej turbiny będą ciche. Mówi, że oscylujące częstotliwości, które wstrząsają cylindrem, będą powodować hałas. Będzie to brzmiało jak pociąg towarowy przejeżdżający przez twoją farmę wiatrową.

Cylindry oscylacyjne to tylko jedna z kilku nowych technologii, których celem jest pozyskiwanie większej ilości wiatru za mniej. Makani Power opracowuje latawiec na uwięzi (patrz Latające Wiatraki ). Leci po dużym okręgu, podobnym do czubka konwencjonalnej łopatki turbiny, jednocześnie wykorzystując energię wiatru przez mniejsze turbiny pokładowe. Astro Teller, szef Google X, półtajnego ośrodka badawczego Google, który przejął Makani w 2013 roku, powiedział w marcu, że firma wkrótce rozpocznie testy pełnowymiarowego, 600-kilowatowego latawca.

John Dabiri, profesor aeronautyki i bioinżynierii w Caltech, testuje różne konfiguracje turbin z osią pionową, które są zasadniczo wiatrakami, które obracają się jak karuzela, a nie na osi poziomej jak koło rowerowe. Zazwyczaj turbiny wiatrowe są umieszczane daleko od siebie, aby zoptymalizować produkcję energii. Opierając się na tych samych zasadach, których używają ryby do oszczędzania energii przez kształcenie, Dabiri odkrył, że turbiny umieszczone blisko siebie mogą wytwarzać więcej energii niż te, które są daleko od siebie.

Można koordynować działanie wielu turbin wiatrowych tak, aby całość była większa niż suma jej części, mówi.

Dabiri mówi, że takie synergiczne efekty mogą również dotyczyć konwencjonalnych wiatraków o osi poziomej, a nawet turbin oscylacyjnych. Te ostatnie stanowią większe wyzwanie, ponieważ kilwater takich turbin jest bardzo chaotyczny, ale także potencjalną korzyścią, ponieważ kilwater generuje dużo energii – mówi.

Dabiri mówi, że wiele pozostaje do zobaczenia z turbiną oscylacyjną Vortex, ale dodaje, że jest podekscytowany koncepcją firmy. Każdy, kto twierdzi, że trójłopatowa turbina jest najlepszym, co możemy zrobić, nie ma wzroku.

ukryć