Hiszpański startup Vortex Bladeless opracował turbiny, które wykorzystują wirowość, ruch wirowy powietrza lub innych płynów. Kiedy wiatr mija jedną z cylindrycznych turbin, odrywa się od strony nawietrznej cylindra, tworząc wir lub vortex. Wir ten wywiera następnie siłę na cylinder, wprawiając go w drgania. Energia kinetyczna oscylującego cylindra jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą generatora liniowego podobnego do tych używanych do pozyskiwania energii fal morskich.
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 drgań powstałych w wyniku ruchu wirowego wiatru wiejącego obok mostu i jest podręcznikową porażką inżynieryjną. Yáñez nauczył się jednak innej lekcji. „Jest to bardzo dobry sposób na przekazanie energii z cieczy do struktury”, mówi.
Lekka konstrukcja cylindra Vortex nie posiada żadnych przekładni ani łożysk. Yáñez twierdzi, że będzie on generował energię elektryczną za 40 procent mniej niż koszt energii z konwencjonalnych turbin wiatrowych. Firma otrzymała 1 milion dolarów w kapitale prywatnym i funduszach rządowych w Hiszpanii i stara się o kolejne 5 milionów dolarów w funduszach venture capital. Yáñez mówi, że firma planuje wydać czterokilowatowy system w 2016 roku i znacznie większe urządzenie o mocy jednego megawata około 2018 roku.
Turbina Vortex brzmi obiecująco, ale jak każdy radykalny nowy projekt alternatywnej energii, turbiny bez łopat mają mnóstwo sceptyków.
„Jeśli masz zwykłą turbinę wiatrową typu śmigłowego, masz duży obszar omiatany przez łopaty”, mówi Martin Hansen, specjalista od energii wiatrowej na Uniwersytecie Technicznym w Danii. „Tutaj masz po prostu słup.”
Oprócz przechwytywania mniejszej ilości energii, oscylujące cylindry nie mogą przekształcić tak dużo tej energii w energię elektryczną, mówi Hansen. Konwencjonalna turbina wiatrowa przetwarza zazwyczaj 80 do 90 procent energii kinetycznej wirującego wirnika na energię elektryczną. Yáñez twierdzi, że zbudowany na zamówienie generator liniowy jego firmy będzie miał wydajność konwersji na poziomie 70 procent.
Yáñez przyznaje, że projekt turbiny oscylacyjnej będzie obejmował mniejszy obszar i będzie miał niższą wydajność konwersji, ale twierdzi, że znaczące redukcje kosztów produkcji i utrzymania przewyższą te straty.
Jak Vortex buduje większe urządzenia, które łapią wiatry o większej prędkości dalej od ziemi, będzie również musiał stawić czoła innym wyzwaniom nieodłącznie związanym z fizyką mechaniki płynów. Powietrze lub inne płyny poruszające się z małymi prędkościami obok cylindrów o małej średnicy płyną w płynnym, stałym ruchu. Jeśli jednak zwiększymy średnicę cylindra i prędkość, z jaką przepływa przez niego powietrze, przepływ staje się turbulentny, tworząc chaotyczne wiry. Turbulentny przepływ powoduje, że częstotliwość oscylacji cylindra zmienia się, co utrudnia optymalizację pod kątem produkcji energii.
„Przy bardzo cienkich cylindrach i bardzo małych prędkościach uzyskuje się śpiewne linie telefoniczne, absolutnie czystą częstotliwość lub ton” – mówi Sheila Widnall, profesor aeronautyki i astronautyki w MIT. „Ale kiedy cylinder staje się bardzo duży, a wiatr bardzo silny, otrzymujemy zakres częstotliwości. Nie będziesz w stanie wydobyć z niego tyle energii, ile byś chciał, ponieważ oscylacja jest zasadniczo turbulentna.”
Widnall kwestionuje również twierdzenie firmy, że jej turbiny będą ciche. „Częstotliwości oscylacyjne, które wstrząsają cylindrem, będą powodować hałas” – mówi. „Będzie to brzmiało jak pociąg towarowy przejeżdżający przez farmę wiatrową.”
Oscylujące cylindry są tylko jedną z kilku pojawiających się technologii mających na celu zebranie większej ilości wiatru za mniej. Makani Power opracowuje „latawiec energetyczny” na uwięzi (patrz „Latające wiatraki”). Lata on w dużym okręgu podobnym do końcówki łopatki konwencjonalnej turbiny, jednocześnie wykorzystując energię wiatru poprzez mniejsze turbiny pokładowe. Astro Teller, szef Google X, półtajnej placówki badawczej Google, która nabyła 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 o osi pionowej, 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, które ryby wykorzystują do oszczędzania energii, Dabiri odkrył, że turbiny umieszczone blisko siebie mogą produkować więcej energii niż te, które są od siebie oddalone.
„Możesz współdziałać z wieloma turbinami wiatrowymi w taki sposób, że całość jest większa niż suma jej części”, mówi.
Dabiri twierdzi, że takie synergiczne efekty mogą również dotyczyć konwencjonalnych wiatraków o poziomej osi, a nawet turbin oscylacyjnych. Te ostatnie stanowią większe wyzwanie, ponieważ ruch takich turbin jest bardzo chaotyczny, ale także potencjalną korzyść, ponieważ ruch ten dostarcza dużo energii, mówi.
Wiele jeszcze trzeba zobaczyć w przypadku oscylującej turbiny firmy Vortex, mówi Dabiri, ale dodaje, że jest podekscytowany koncepcją firmy. „Każdemu, kto mówi, że trójłopatkowa turbina to najlepsze, co możemy zrobić, brakuje wizji”.
Sign inSubscribe now
.