211service.com
Latające Wiatraki
W betonowej wieży kontrolnej wycofanej z eksploatacji bazy lotniczej marynarki wojennej na obrzeżach Oakland w Kalifornii zespół inżynierów buduje coś, co można najlepiej nazwać hybrydą bezzałogowego statku powietrznego i turbiny wiatrowej.
120-funtowy statek ma wirniki na skrzydłach, które unoszą go w niebo w stylu helikoptera; cienka linka mocuje go do platformy. W powietrzu statek zaczyna szybować jak latawiec, a jego 26-metrowa rozpiętość skrzydeł krąży 250 stóp nad głową. Teraz śmigła stają się generatorami, obracającymi się swobodnie i generującymi energię elektryczną, która spływa po napiętej lince – a pewnego dnia do lokalnej sieci.
Ten statek, opracowany przez Makani Power, jest dalekosiężną próbą rozwiązania jednego z najtrudniejszych problemów świata: uzyskania czystej, taniej energii. Obecnie energia wiatrowa kosztuje od pięciu do 10 centów za kilowatogodzinę, ale cena energii elektrycznej ze spalania węgla może spaść poniżej czterech centów za kilowatogodzinę. Makini Power ma jednak na celu obniżenie ceny energii wiatrowej do trzech centów za kilowatogodzinę.
W przypadku energii wiatrowej większość kosztów wytwarzania energii jest powiązana z budową i utrzymaniem ogromnych łopat i turbin. Makani uważa, że jego budowa będzie kosztować mniej niż konwencjonalne turbiny i będzie efektywniej pozyskiwać energię z wiatru, ponieważ model lotu pozwala mu generować energię przy większej sile wiatru. Magia tkwi w lataniu bocznym, mówi dyrektor generalny Corwin Hardham, odnosząc się do tego, jak pojazd porusza się prostopadle do wiatru jak latawiec. Używamy aerodynamiki, aby poruszać wirnikami wielokrotnie szybciej niż rzeczywista prędkość wiatru.
Firma zrealizowała szereg lotów testowych, w tym lot tej jesieni podczas których prototyp z włókna węglowego o rozpiętości skrzydeł na poziomie 26 stóp wygenerował pięć kilowatów mocy. Firma ma nadzieję, że w ciągu dwóch lat będzie mieć skrzydło o długości 88 stóp, które generuje 600 kilowatów – około jednej trzeciej tego, co może wygenerować duża konwencjonalna turbina wiatrowa. Na desce kreślarskiej znajduje się gigantyczne skrzydło generujące pięć megawatów.
Projekt firmy wzbudził zainteresowanie sponsorów. Google zainwestował w firmę 15 milionów dolarów, a we wrześniu 2010 roku Makani wygrała grant w wysokości 3 milionów dolarów z programu ARPA-E Departamentu Energii, który finansuje pomysły wysokiego ryzyka, które mogą doprowadzić do tego, co agencja nazywa transformacyjnymi i destrukcyjnymi technologiami energetycznymi.
Hardham jest zapalonym kitesurferem, aw połowie 2006 roku pracował dla firmy inżynieryjnej Squid Labs, kiedy wpadł na pomysł wykorzystania podobnej aerodynamiki do generowania energii. (W kitesurfingu zawodnik stoi na desce i jest ciągnięty przez duży nylonowy spadochron.) Dziś 20-osobowa firma zajmuje spartańskie, wojskowe obiekty z warsztatem maszynowym z tyłu i miejscem montażu z przodu. Kompozyty są pieczone w pojemniku transportowym na zewnątrz; Aerie starej wieży kontrolnej służy jako jadalnia i okazjonalny bar. Hardham opisuje sytuację firmy jako skromną i idealną. Mówi: Jest oczywista zaleta bycia bardziej zwinnym niż wielkie korporacje.
Technologia Makani została zaprojektowana tak, aby wykorzystać stosunkowo stałe wiatry, które wieją wysoko nad ziemią. Konwencjonalne turbiny wiatrowe osiągają wysokość około 300 stóp, a końcówki łopat sięgają 500 stóp, powyżej których budowanie stabilnych konstrukcji staje się zbyt kosztowne. Badając potencjał energetyki wiatrowej, Hardham natknął się artykuł z 1980 r. autorstwa Milesa Loyda, który proponuje skrzydło na uwięzi, które może podnieść biznesowy koniec wiatraka na dowolną wysokość.
Lot testowy: Zdjęcie poklatkowe przedstawia tor lotu turbiny wiatrowej znajdującej się w powietrzu. Pojazd jest przywiązany do przerobionego wozu strażackiego (na dole po lewej) podczas testu na odległym obszarze wyspy Sherman w Kalifornii.
Powietrzna turbina wiatrowa Makani składa się z kilku turbin przymocowanych do skrzydła, które jest przywiązane do ziemi. W locie pojazd porusza się zasadniczo po tej samej drodze, co czubek łopat turbiny wiatrowej, po okręgu prostopadłym do kierunku wiatru. Dzięki aerodynamice przy bocznym wietrze — które wytwarzają szybkie ruchy okrężne znane każdemu, kto latał latawcem w porywisty dzień — pozorna prędkość wiatru uderzająca w wirniki może być nawet 10 razy większa od rzeczywistej prędkości wiatru.
Ponieważ skrzydło bardziej efektywnie wykorzystuje wiatr niż nieruchoma turbina, mówi Hardham, i jest wykonane z mniejszej liczby lżejszych materiałów, powinno wytwarzać tańszą energię. Konserwacja może odbywać się na ziemi, a nie na szczycie wieży turbiny wiatrowej.
Pozyskiwanie wiatru na dużych wysokościach nadal spotyka się ze sceptykami. To naprawdę interesujący pomysł z potencjalnie znaczącymi korzyściami, ale jesteśmy na wczesnym etapie ustalania, czy zadziała, mówi Fort Felker, dyrektor National Wind Technology Center w National Renewable Energy Laboratory w Golden w Kolorado. Mówi jednak, że niezawodność, bezpieczeństwo i ekonomia to problemy. Felker mówi, że statki powietrzne zaprojektowane do pozyskiwania energii wiatrowej muszą przez większość czasu latać — i zawsze istnieje ryzyko, że wylądują w autobusie szkolnym.
Makani pracuje nad odpowiedzią na pytania dotyczące bezpieczeństwa. Aby wylądować statek, energia baterii jest wysyłana do wirników, co pozwala mu przejść do pozycji zawisu przed powrotem na Ziemię. Czujniki, które śledzą takie czynniki, jak orientacja i pozycja pojazdu oraz prędkość i kierunek wiatru, powinny umożliwiać pojazdowi autonomiczne lądowanie, nawet jeśli wydostanie się z uwięzi. Alternatywnie operator farmy wiatrowej może wylądować całe pole latających turbin za naciśnięciem jednego przycisku.
Ponieważ turbiny powietrzne mogą latać nad szeroką gamą topografii, najprawdopodobniej zostaną wdrożone najpierw w wietrznych obszarach, gdzie konwencjonalne turbiny są trudne do zainstalowania – na przykład mogą latać nad oceanem. Morskie turbiny wiatrowe wymagają ciężkich, drogich fundamentów i nie mogą być zbyt daleko od brzegu. Latające generatory Makani można by przywiązać do boj zakotwiczonych za pomocą kabli do dna morskiego. Mogłyby być umieszczone wiele mil od wybrzeża, mówi Hardham, gdzie byłyby poza zasięgiem wzroku, z pamięci.
Hardham mówi, że Makani negocjuje z potencjalnymi partnerami instalacje na morzu w Wielkiej Brytanii i ma nadzieję, że jego pierwszymi klientami będą duzi deweloperzy farm wiatrowych, tacy jak BP i Shell, których stać na bardziej odkrywcze podejście.