Espanjalainen startup-yritys Vortex Bladeless on kehittänyt turbiineja, jotka hyödyntävät pyörteisyyttä, ilman tai muiden nesteiden pyörivää liikettä. Kun tuuli ohittaa yhden sylinterinmuotoisen turbiinin, se irtoaa sylinterin myötätuulen puoleiselta sivulta pyöriväksi pyörteeksi tai pyörteeksi. Pyörre vaikuttaa sitten sylinteriin ja saa sen värähtelemään. Värähtelevän sylinterin liike-energia muunnetaan sähköksi lineaarisen generaattorin avulla, joka on samanlainen kuin aaltoenergian hyödyntämiseen käytetyt generaattorit.
David Yáñez, yksi yrityksen perustajista, törmäsi konseptiin ensimmäisen kerran opiskeluaikanaan, kun hän tutki Washingtonissa sijaitsevan Tacoma Narrows -sillan romahtamista. Silta romahti vuonna 1940 liiallisen tärinän vuoksi, joka muodostui tuulen pyörimisliikkeestä sen puhaltaessa sillan ohi, ja se on oppikirjamaisen insinöörityön epäonnistuminen. Yáñez sai kuitenkin toisenlaisen opetuksen. ”Tämä on erittäin hyvä tapa siirtää energiaa nesteestä rakenteeseen”, hän sanoo.
Vortexin kevyessä sylinterirakenteessa ei ole hammaspyöriä eikä laakereita. Yáñezin mukaan se tuottaa sähköä 40 prosenttia halvemmalla kuin perinteisten tuuliturbiinien tuottama sähkö. Yritys on saanut miljoona dollaria yksityistä pääomaa ja valtion rahoitusta Espanjassa, ja se hakee vielä viisi miljoonaa dollaria riskipääomarahoitusta. Yáñez sanoo, että yritys aikoo julkaista neljän kilowatin järjestelmän vuonna 2016 ja paljon suuremman yhden megawatin laitteen vuoden 2018 tienoilla.
Vortex-turbiini kuulostaa lupaavalta, mutta kuten kaikilla radikaaleilla uusilla vaihtoehtoisilla energiasuunnitelmilla, myös lapattomissa turbiineissa on paljon epäilijöitä.
”Jos kyseessä on tavallinen potkurityyppinen tuulivoimaturbiini, siipien pyyhkäisemä pinta-ala on suuri”, sanoo Tanskan teknisen yliopiston tuulienergian erikoisasiantuntija Martin Hansen. ”Tässä on vain pylväs.”
Sen lisäksi, että värähtelevät sylinterit keräävät vähemmän energiaa, ne eivät voi muuntaa yhtä paljon energiaa sähköksi, Hansen sanoo. Tavallinen tuuliturbiini muuntaa yleensä 80-90 prosenttia pyörivän roottorin liike-energiasta sähköksi. Yáñez sanoo, että hänen yrityksensä mittatilaustyönä valmistetun lineaarisen generaattorin muuntotehokkuus on 70 prosenttia.
Yáñez myöntää, että värähtelevän turbiinin rakenne pyyhkäisee pienemmän alueen ja sen muuntotehokkuus on alhaisempi, mutta hän sanoo, että valmistus- ja ylläpitokustannusten merkittävät vähennykset ovat suuremmat kuin menetykset.
Vorthiren rakentaessa isompia laitteistoja, jotka voivat vangita nopeampia tuulia kauempana maanpinnasta, se törmää muihinkin haasteisiin, jotka ovat luonteenomaisia virtausmekaniikkaan liittyvälle fysiikalle. Ilma tai muut nesteet, jotka liikkuvat pienillä nopeuksilla halkaisijaltaan pienten sylintereiden ohi, virtaavat tasaisessa, jatkuvassa liikkeessä. Kun sylinterin halkaisija ja nopeus, jolla ilma virtaa sylinterin poikki, kuitenkin kasvavat, virtaus muuttuu turbulentiksi ja tuottaa kaoottisia pyörteitä tai pyörteitä. Turbulenttinen virtaus aiheuttaa sen, että sylinterin värähtelytaajuus vaihtelee, jolloin sitä on vaikea optimoida energiantuotantoa varten.
”Hyvin ohuilla sylintereillä ja hyvin hitaalla nopeudella saadaan laulavia puhelinlinjoja, täysin puhdas taajuus tai ääni”, sanoo Sheila Widnall, MIT:n ilmailu- ja astronautiikan professori. ”Mutta kun sylinteri kasvaa hyvin suureksi ja tuuli nousee hyvin korkeaksi, saadaan erilaisia taajuuksia. Siitä ei saada irti niin paljon energiaa kuin halutaan, koska värähtely on pohjimmiltaan turbulenttista.”
Widnall kyseenalaistaa myös yhtiön väitteen, jonka mukaan sen turbiinit olisivat äänettömiä. ”Sylinteriä ravistavat värähtelytaajuudet aiheuttavat melua”, hän sanoo. ”Se kuulostaa siltä kuin tuulipuiston läpi kulkeva tavarajuna.”
Värähtelevät sylinterit ovat vain yksi monista uusista teknologioista, joilla pyritään keräämään enemmän tuulta vähemmällä rahalla. Makani Power kehittää kiinnitettyä ”energialeijaa” (ks. ”Lentävät tuulimyllyt”). Se lentää suuressa ympyrässä, joka muistuttaa perinteisen turbiinin lavan kärkeä, ja hyödyntää tuulivoimaa pienempien turbiinien avulla. Astro Teller, Googlen puoliksi salaisen tutkimuslaitoksen Google X:n johtaja, joka osti Makanin vuonna 2013, sanoi maaliskuussa, että yritys aloittaa pian täysimittaisen, 600 kilowatin leijan testit.
Caltechin ilmailu- ja biotekniikan professori John Dabiri testaa erilaisia pystyakselisten turbiinien konfiguraatioita, jotka ovat pohjimmiltaan tuulimyllyjä, jotka pyörivät pikemminkin kuin karuselli kuin vaakasuuntaisella akselilla kuten polkupyörän pyörä. Tavallisesti tuulivoimalat sijoitetaan kauas toisistaan energiantuotannon optimoimiseksi. Dabiri hyödynsi samoja periaatteita, joita kalat käyttävät säästääkseen energiaa parveilemalla, ja havaitsi, että lähekkäin sijoitetut turbiinit voivat tuottaa enemmän energiaa kuin kaukana toisistaan olevat.
”Useiden tuuliturbiinien toimintaa voidaan koordinoida siten, että kokonaisuus on suurempi kuin osiensa summa”, Dabiri sanoo.
Dabiri sanoo, että tällaiset synergiavaikutukset voisivat päteä myös tavanomaisiin vaaka-akselisiin tuulimyllyihin tai jopa värähteleviin tuulivoimaloihin. Jälkimmäiset aiheuttavat suuremman haasteen, koska tällaisten turbiinien aallokko on hyvin kaoottinen, mutta myös mahdollisen hyödyn, koska aallokko sisältää paljon energiaa, hän sanoo.
Vorteksin värähtelevän turbiinin osalta on vielä paljon nähtävää, Dabiri sanoo, mutta hän lisää olevansa innostunut yhtiön konseptista. ”Jokaiselta, joka sanoo, että kolmilapainen turbiini on parasta, mitä voimme tehdä, puuttuu näkemystä.”
Kirjaudu sisäänTilaa nyt