Spansk startup Vortex Bladeless har udviklet turbiner, der udnytter vorticity, den snurrende bevægelse af luft eller andre væsker. Når vinden passerer en af de cylindriske turbiner, skæres den af på den vindafvisende side af cylinderen i en snurrende hvirvelstrøm eller vortex. Denne hvirvel udøver derefter en kraft på cylinderen og får den til at vibrere. Den kinetiske energi fra den svingende cylinder omdannes til elektricitet via en lineær generator svarende til dem, der anvendes til at udnytte bølgeenergi.
David Yáñez, en af virksomhedens medstiftere, stødte første gang på konceptet som studerende, da han studerede sammenstyrtningen af Tacoma Narrows Bridge i Washington. Broen kollapsede i 1940 på grund af for store vibrationer, der blev dannet af vindens snurrende bevægelse, da den blæste forbi broen, og er et skoleeksempel på en teknisk fejltagelse. Yáñez lærte imidlertid en anden lektie. “Dette er en meget god måde at overføre energi fra en væske til en struktur på”, siger han.
Vortex’ letvægtscylinderkonstruktion har ingen tandhjul eller lejer. Yáñez siger, at den vil generere elektricitet for 40 procent mindre end prisen for strøm fra konventionelle vindmøller. Virksomheden har modtaget 1 million dollars i privat kapital og statslig finansiering i Spanien og søger yderligere 5 millioner dollars i venturekapitalfinansiering. Yáñez siger, at virksomheden planlægger at lancere et system på fire kilowatt i 2016 og en meget større enhed på en megawatt omkring 2018.
Vortexturbinen lyder lovende, men som ethvert radikalt nyt alternativt energidesign har bladløse turbiner masser af skeptikere.
“Hvis du har en almindelig vindmølle af propeltypen, har du et stort område, der fejes af bladene,” siger Martin Hansen, vindenergispecialist på Danmarks Tekniske Universitet. “Her har man bare en stang.”
Ud over at opsamle mindre energi kan svingende cylindre ikke omdanne så meget af denne energi til elektricitet, siger Hansen. En konventionel vindmølle omdanner typisk 80 til 90 procent af den kinetiske energi fra den roterende rotor til elektricitet. Yáñez siger, at hans virksomheds specialbyggede lineære generator vil have en omdannelseseffektivitet på 70 procent.
Yáñez indrømmer, at den oscillerende turbinedesign vil feje et mindre område og have en lavere omdannelseseffektivitet, men siger, at betydelige reduktioner i fremstillings- og vedligeholdelsesomkostningerne vil opveje tabene.
Da Vortex bygger større enheder, der fanger vinde med højere hastighed længere væk fra jorden, vil det også støde på andre udfordringer, der er forbundet med fysikken i fluidmekanikken. Luft eller andre væsker, der bevæger sig ved lave hastigheder forbi cylindre med lille diameter, flyder i en jævn, konstant bevægelse. Hvis cylinderens diameter og den hastighed, hvormed luften strømmer hen over den, øges, bliver strømmen imidlertid turbulent og skaber kaotiske hvirvler eller hvirvler. Den turbulente strømning får cylinderens svingende frekvens til at variere, hvilket gør det vanskeligt at optimere den med henblik på energiproduktion.
“Med meget tynde cylindre og meget lave hastigheder får man syngende telefonlinjer, en absolut ren frekvens eller tone”, siger Sheila Widnall, der er professor i luft- og rumfart ved MIT. “Men når cylinderen bliver meget stor, og vinden bliver meget kraftig, får man en række forskellige frekvenser. Du vil ikke kunne få så meget energi ud af det, som du ønsker, fordi svingningen er grundlæggende turbulent.”
Widnall sætter også spørgsmålstegn ved virksomhedens påstand om, at dens møller vil være lydløse. “De oscillerende frekvenser, der ryster cylinderen, vil lave støj,” siger hun. “Det vil lyde som et godstog, der kommer gennem din vindmøllepark.”
Oscillerende cylindre er blot en af flere nye teknologier, der har til formål at høste mere af vinden for mindre penge. Makani Power er ved at udvikle en “energidrage” med snor (se “Flyvende vindmøller”). Den flyver i en stor cirkel, der ligner spidsen af et konventionelt turbineblad, mens den udnytter vindenergi via mindre turbiner om bord. Astro Teller, leder af Google X, Googles halvhemmelige forskningsfacilitet, som opkøbte Makani i 2013, sagde i marts, at virksomheden snart ville påbegynde test af en 600 kilowatt-drage i fuld skala.
John Dabiri, en professor i aeronautik og bioteknik ved Caltech, tester forskellige konfigurationer af vertikalakse-møller, som i bund og grund er vindmøller, der drejer rundt som en karrusel i stedet for på en horisontal akse som et cykelhjul. Typisk er vindmøller placeret langt fra hinanden for at optimere energiproduktionen. Med udgangspunkt i de samme principper, som fisk bruger til at spare på energien ved at søge efter stimer, fandt Dabiri ud af, at møller, der er placeret tæt på hinanden, kan producere mere energi end møller, der er placeret langt fra hinanden.
“Man kan coӧrdinere driften af flere vindmøller, så helheden er større end summen af delene,” siger han.
Dabiri siger, at sådanne synergieffekter også kunne gælde for konventionelle vindmøller med vandret akse eller endda oscillerende møller. Sidstnævnte udgør en større udfordring, fordi kølvandet på sådanne møller er meget kaotisk, men også en potentiel fordel, fordi kølvandet indeholder en masse energi, siger han.
Der er stadig meget at se med Vortex’ oscillerende turbine, siger Dabiri, men han tilføjer, at han er begejstret for virksomhedens koncept. “Enhver, der siger, at den trebladede turbine er det bedste, vi kan gøre, mangler visioner.”
Tilmeld digAbonner nu