Bezlāpstiņu vēja turbīnas var piedāvāt vairāk formas nekā funkcijas

Vēja enerģija pēdējo desmitgažu laikā ir kļuvusi par likumīgu enerģijas avotu, jo lielākas, efektīvākas turbīnas ir radījušas arvien lielāku enerģijas daudzumu. Taču, lai gan 2014. gadā nozare piedzīvoja rekordlielas globālās investīcijas 99,5 miljardu dolāru apmērā, turbīnu izaugsme var sasniegt savas robežas.

Vortex saka, ka tās bezlāpstiņu turbīnas saražos elektroenerģiju par 40 procentiem mazāk nekā parasto vēja turbīnu enerģijas izmaksas.

Transportēšana kļūst arvien grūtāka sastāvdaļu izmēra dēļ: atsevišķiem lāpstiņām un torņu sekcijām bieži ir nepieciešamas specializētas kravas automašīnas un taisni, plati ceļi. Mūsdienu vēja turbīnas ir arī neticami smagas. Ģeneratori un pārnesumkārbas, kas atrodas uz atbalsta torņiem 100 metrus no zemes, var svērt vairāk nekā 100 tonnas. Palielinoties turbīnu svaram un augstumam, plašāku, stingrāku atbalsta torņu materiālu izmaksas, kā arī tik tālu no zemes izvietoto komponentu uzturēšanas izmaksas samazina lielāku turbīnu efektivitātes ieguvumus.

Alternatīvās enerģijas nozare vairākkārt ir mēģinājusi atrisināt šos jautājumus bez rezultātiem. Taču jaunākais ieraksts sola radikāli atšķirīgu vēja turbīnas veidu: cilindru bez lāpstiņām, kas svārstās vai vibrē.

Spāņu jaunuzņēmums Vortex Bladeless ir izstrādājis turbīnas, kas izmanto virpuļus, gaisa vai citu šķidrumu griešanās kustību. Kad vējš iet garām vienai no cilindriskām turbīnām, tas griežas virpulī vai virpulī nogriež cilindra pa vēja pusi. Pēc tam šis virpulis iedarbojas uz cilindru, liekot tam vibrēt. Svārstīgo cilindru kinētiskā enerģija tiek pārveidota par elektroenerģiju, izmantojot lineāro ģeneratoru, kas ir līdzīgs tiem, ko izmanto viļņu enerģijas izmantošanai.

Deivids Janess, viens no uzņēmuma līdzdibinātājiem, pirmo reizi saskārās ar šo koncepciju kā students, pētot Tacoma Narrows Bridge sabrukumu Vašingtonā. Tilts sabruka 1940. gadā pārmērīgu vibrāciju dēļ, ko veidoja vēja griešanās kustība, kad tas pūta garām tiltam, un tas ir mācību grāmatu inženierijas kļūme. Tomēr Yánez guva citu mācību. Viņš saka, ka tas ir ļoti labs veids, kā pārraidīt enerģiju no šķidruma uz struktūru.

Vortex vieglā cilindra konstrukcijai nav zobratu vai gultņu. Yáñez saka, ka tas saražos elektroenerģiju par 40 procentiem mazāk nekā parasto vēja turbīnu enerģijas izmaksas. Uzņēmums ir saņēmis 1 miljonu ASV dolāru privātā kapitāla un valdības finansējumu Spānijā un vēlas vēl 5 miljonus ASV dolāru riska kapitāla finansējumam. Yáñez saka, ka uzņēmums plāno izlaist četru kilovatu sistēmu 2016. gadā un daudz lielāku viena megavata ierīci ap 2018. gadu.

Vortex turbīna izklausās daudzsološi, taču tāpat kā jebkuram radikāli jaunam alternatīvās enerģijas dizainam, bezlāpstiņu turbīnām ir daudz skeptiķu.

Ja jums ir parasta dzenskrūves tipa vēja turbīna, jums ir liela platība, ko slauka lāpstiņas, saka Martins Hansens, Dānijas Tehniskās universitātes vēja enerģijas speciālists. Šeit jums vienkārši ir stabs.

Papildus mazāk enerģijas uztveršanai oscilējošie cilindri nevar pārvērst tik daudz šīs enerģijas elektroenerģijā, saka Hansens. Parastā vēja turbīna parasti pārvērš 80 līdz 90 procentus no rotējošā rotora kinētiskās enerģijas elektroenerģijā. Yáñez saka, ka viņa uzņēmuma īpaši izgatavotā lineārā ģeneratora konversijas efektivitāte būs 70 procenti.

Yáñez atzīst, ka oscilējošās turbīnas konstrukcija slaucīs mazāku laukumu un tai būs zemāka konversijas efektivitāte, taču saka, ka ievērojams ražošanas un apkopes izmaksu samazinājums atsvērs zaudējumus.

Tā kā Vortex būvē lielākas ierīces, kas uztver lielāka ātruma vējus tālāk no zemes, tas saskarsies arī ar citiem izaicinājumiem, kas raksturīgi šķidruma mehānikas fizikai. Gaiss vai citi šķidrumi, kas ar mazu ātrumu pārvietojas garām maza diametra cilindriem, plūst vienmērīgā, nemainīgā kustībā. Tomēr palieliniet cilindra diametru un ātrumu, ar kādu gaiss plūst tam pāri, un plūsma kļūst nemierīga, radot haotiskus virpuļus vai virpuļus. Turbulentā plūsma izraisa cilindra svārstību frekvences mainīgumu, apgrūtinot optimizāciju enerģijas ražošanai.

Ar ļoti plāniem cilindriem un ļoti lēnu ātrumu jūs iegūstat dziedošas telefona līnijas, absolūti tīru frekvenci vai toni, saka Šeila Vidnela, MIT aeronautikas un astronautikas profesore. Bet, kad cilindrs kļūst ļoti liels un vējš kļūst ļoti augsts, jūs iegūstat frekvenču diapazonu. Jūs nevarēsit no tā iegūt tik daudz enerģijas, cik vēlaties, jo svārstības ir pamatā nemierīgas.

Vidnals arī apšauba uzņēmuma apgalvojumu, ka tā turbīnas klusēs. Viņa saka, ka svārstību frekvences, kas satricina cilindru, radīs troksni. Tas izklausīsies pēc kravas vilciena, kas nāk caur jūsu vēja parku.

Oscilējošie cilindri ir tikai viena no vairākām jaunām tehnoloģijām, kuru mērķis ir iegūt vairāk vēja par mazāku cenu. Makani Power izstrādā piesietu enerģijas pūķi (skatiet Lidojošās vējdzirnavas). Tas lido pa lielu apli, kas ir līdzīgs parastās turbīnas lāpstiņas galam, vienlaikus izmantojot vēja enerģiju, izmantojot mazākas borta turbīnas. Astro Tellers, Google daļēji slepenās pētniecības iestādes, kas 2013. gadā iegādājās Makani, vadītājs Astro Tellers martā sacīja, ka uzņēmums drīzumā sāks pilna mēroga 600 kilovatu pūķa testus.

Džons Dabiri, Caltech aeronautikas un bioinženieru profesors, testē dažādas vertikālās ass turbīnu konfigurācijas, kas būtībā ir vējdzirnavas, kas griežas kā karuselis, nevis uz horizontālas ass, piemēram, velosipēda ritenis. Parasti vēja turbīnas tiek novietotas tālu viena no otras, lai optimizētu enerģijas ražošanu. Balstoties uz tiem pašiem principiem, ko zivis izmanto, lai taupītu enerģiju, mācoties, Dabiri atklāja, ka turbīnas, kas novietotas tuvu viena otrai, var ražot vairāk enerģijas nekā tās, kas atrodas tālu viena no otras.

Viņš saka, ka jūs varat koordinēt vairāku vēja turbīnu darbību tā, lai veselums būtu lielāks par tā daļu summu.

Dabiri saka, ka šādi sinerģiski efekti varētu attiekties arī uz tradicionālajām, horizontālās ass vējdzirnavām vai pat oscilējošām turbīnām. Pēdējais rada lielāku izaicinājumu, jo šādu turbīnu pamodināšana ir ļoti haotiska, bet arī potenciāls ieguvums, jo pamošanās patērē daudz enerģijas, viņš saka.

Dabiri saka, ka ar Vortex oscilējošo turbīnu vēl daudz kas ir jāredz, taču viņš piebilst, ka ir sajūsmā par uzņēmuma koncepciju. Ikvienam, kurš saka, ka trīs lāpstiņu turbīna ir labākais, ko varam darīt, trūkst redzes.

paslēpties