Одна из самых многообещающих технологий альтернативной энергетики в последние годы вызвала больше скептицизма, чем похвалы. Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT), эти массивные башни с лопастями, которые превращают ветреный день в чистую энергию для сети, также могут убивать птиц и летучих мышей, требуют дорогостоящего регулярного обслуживания, имеют проблемы с эффективностью и просто раздражают местных жителей внезапной помехой. виды и нежелательный (и, возможно, вредный для здоровья) уровень шума.
США Соответственно, установка ветряных электростанций замедлилась, но приток государственного финансирования в 2012 году может дать новую надежду для ветроэнергетики. Исследования дали некоторые удивительные возможности в функциях и методах генерации; многие машины на чертежной доске выглядят и функционируют очень мало как «ветряные мельницы», к которым мы привыкли.
Возможно, будущее ветра не в лопастях, фермах и даже не в земле. Вот 10 самых уникальных подходов к улучшению способов превращения ветра в электричество. Некоторые из них немного мечтательны, другие находятся на разных стадиях проектирования и прототипа, а пара может похвастаться предварительными датами коммерческой продажи.
Начнем с того, который, по словам изобретателей, улавливает гораздо больше ветра, чем обычные конструкции, и может появиться на рынке в 2013 году.
10: Сначала собрать
Было выполнено всенаправленное движение с регулируемыми лопастями турбины, установленными в традиционной вертикальной ориентации, которые могут двигаться для изменения направления. IMPLUX использует этот метод по-другому, направляя воздух из нескольких направлений в установку с вертикальной осью.
Изобретатели Katru в своей рабочей модели ветряной турбины на крыше для маломасштабного производства энергии создали устройство, которое улавливает больше ветра, собирая его до того, как он ударит по лопастям турбины. Круглая решетчатая камера действует как 360-градусная воздухозаборная конструкция, которая принимает ветер, идущий со всех направлений, и перенаправляет его только в одном: вверх, к горизонтально вращающимся лопастям (вертолетная ориентация).
Поскольку турбина закрыта, а планки корпуса расположены близко друг к другу, она не представляет опасности для птиц и производит очень мало шума по сравнению с нынешними формами турбин.
IMPLUX будет установлен на крышах зданий, чтобы улавливать относительно неиспользованную энергию, текущую над городскими центрами. Последняя модель имеет высоту всего 9 футов (2,7 метра) и мощность 1,2 киловатта; Катру планирует увеличить мощность до 6 киловатт к концу 2013 года, когда IMPLUX появится в продаже.
Далее, на совершенно другом уровне
9: Отправка
По данным отраслевой группы «Альтернативная энергетика», энергии ветра достаточно для питания 50 земных шаров. Эти высотные ветры, исторически недоступные нашим технологиям и науке, могут оказаться на грани питания наших сетей.
Несколько компаний разрабатывают воздушные турбины, которые будут парить в воздухе на тысячи футов и преобразовывать высотный ветер в электричество. Конструкции варьируются от воздушных змеев до дирижаблей, по сути, летающих турбин, которые захватывают ветер, преобразовывают его в электроэнергию и отправляют на Землю с помощью троса.
Проблемы безопасности изобилуют, еще одна причина, по которой летающие турбины были второстепенной мечтой. Федеральное авиационное управление рекомендовало ограничить высоту таких конструкций в 2000 футов (600 метров), чтобы избежать помех воздушному движению, и проектировщики должны доказать, что они могут безопасно посадить свои турбины в случае выхода из строя троса или экстремальных погодных условий, вызывающих другие неисправности..
Высотные турбины находятся на разных стадиях разработки. Их еще не тестировали на больших высотах, для которых они предназначены.
Далее на сцену выходит Тесла.
8: Начиная с двигателя Tesla
Вдохновленная конструкцией двигателя, запатентованной изобретателем Николой Теслой в 1913 году, компания Solar Aero разработала ветряной двигатель без лопастей, небольшой занимаемой площади и, по словам разработчиков, с достаточно низкими затратами на техническое обслуживание, чтобы обеспечить цену электроэнергии до тарифов на уголь.
В турбине Фуллера для вращения генератора используются тонкие металлические диски. Диски аэродинамического профиля расположены близко друг к другу и расположены под таким углом, что когда ветер проходит через блок, они вращаются независимо от направления или силы ветра. Поскольку количество дисков может быть увеличено или уменьшено для достижения различной выходной мощности и размеров, турбину Фуллера можно легко адаптировать для работы в самых разных местах.
Легкий доступ к установке диска и генератора, а также меньшие требования к высоте, поскольку зазор между лопастями не имеет значения, означают более низкие затраты на техническое обслуживание, согласно Solar Aero. Удаление зазора между лопастями также означает, что агрегаты можно разместить ближе друг к другу, поэтому для 20 турбин Фуллера потребуется меньше земли, чем для стандартных лопастных машин.
Как и многие другие инновации в этом списке, турбина Фуллера учитывает птиц: вся движущаяся система экранирована.
Далее другой движок действует как муза.
7: Начиная с реактивного двигателя
Дочерняя компания производителя аэрокосмической техники FloDesign применила концепцию реактивного двигателя в ветроэнергетике. Ветряная турбина FloDesign меньше, чем современные конструкции турбин, но, по словам ее изобретателей, может производить в четыре раза больше энергии.
Подобно реактивному двигателю, FloDesign имеет набор неподвижных лопастей, которые расположены перед движущимися лопастями турбины. Они расположены на расстоянии друг от друга и расположены под углом, чтобы использовать изменения скорости ветра для создания быстро перемешивающегося вихря - вихря, который всасывает дополнительный ветер (который был бы упущен типичными конструкциями турбин) и ускоряет его. Именно этот больший объем быстро движущегося воздуха попадает на подвижные лопасти, вращая генератор.
Конструкторы установки говорят, что FloDesign может производить столько же энергии, сколько установка HAWT в два раза больше ее размера. В 2011 году устройство было установлено на острове в гавани Бостона, и оно хорошо зарекомендовало себя.
Далее устраняем трение
6: Левитация
Одной из причин относительной неэффективности ветряных турбин является трение между движущимися частями. Это трение тратит энергию впустую, уменьшая мощность турбины. Если бы вы могли, скажем, левитировать лопасти турбины, а не физически прикреплять их к основанию, это трение было бы устранено.
Эта технология доступна. Несколько компаний, находящихся на разных стадиях разработки, работают надтурбинами на магнитной подвеске Магнитная левитация, которая в течение многих лет приводила в движение поезда, работающие на экологически чистой энергии, может повысить эффективность ветряных турбин до 20 раз. процентов, по данным Гуанчжоуского энергетического научно-исследовательского института Китая. Эти устройства без трения могут использовать более медленный ветер, превращать большую часть энергии ветра, которую они улавливают, в электричество и меньше изнашиваются, чем традиционные модели.
Компании Regenedyne и NuEnergy, базирующиеся в США, разрабатывают турбины на магнитной подвеске для коммерческой продажи. Модели бесшумны, более безопасны для птиц и значительно дешевле установок типа «ветряк». Срок службы во многом связан с этим: Regenedyne заявляет, что срок службы турбины на магнитной подвеске составляет 500 лет, по сравнению с примерно 25 годами для нынешних моделей с фрикционным наполнением.
Далее энергия ветра становится рекреационной
5: Бродя в нем
Городские планировщики в Абу-Даби представили себе футуристическое сообщество, в котором чистая энергия будет больше, чем энергия; было бы приятно. Дизайнерские фирмы представили предложения, и компания из Нью-Йорка получила первый приз за свою концепцию поля тростниковых турбин, которые качаются на ветру, как стебли пшеницы.
Atelier DNA представила тонкие изящные турбины под названием Windstalks. Каждый 180-футовый (55-метровый) стебель со светодиодной подсветкой качается на ветру, создавая кинетическую энергию для привода генератора крутящего момента. Тонкий дизайн без лезвий обеспечивает близкое расстояние, безопасность для птиц и летучих мышей и, что самое уникальное, приятную вечернюю прогулку: дизайнеры надеются, что жители однажды будут гулять по ферме качающихся ветряных стеблей, воспринимая чистую энергию как нечто вроде искусства.
Идея превращает ветряную электростанцию в визуально приятную инсталляцию, а не в установку, с которой можно мириться во имя чистой возобновляемой энергии. Это инновационный способ снять одно из самых громких возражений против ветряных электростанций сегодня, представляя вместо этого возможность того, что в будущем люди действительно захотят жить рядом с акрами и акрами турбин.
Далее, призываем к одному из древнейших и наиболее эффективных способов захвата силы ветра
4: Начиная с паруса
Одним из старейших способов получения энергии ветра является парус. С тех пор, как самые первые кораблестроители установили мачту, простой парус использовал больше кинетической энергии ветра для использования человеком, чем любая другая конструкция.
Парус как источник вдохновения для высокоэффективной ветряной турбины имеет смысл, и Saphon Energy надеется реализовать его в парусообразной турбине, которую она называет Saphonian. По сравнению со стандартной лопастной конструкцией, более аэродинамическая турбина с меньшим коэффициентом трения может потреблять в два раза больше энергии при данной подаче ветра, используя ее для создания гидравлического давления для привода генератора. По словам Сафона, его последний прототип более чем в два раза эффективнее типичной турбины типа ветряной мельницы.
Интересно, что Saphonian получил свое название от Baal-Saphon, божества ветра в религии древнего Карфагена. В частности, Ваал-Сафон правил ветром, взбалтывающим моря, и карфагенские моряки поклонялись ему во время своих путешествий.
Далее, на острие лезвия
3: Гибкость
Износ является серьезной проблемой для ветряных турбин, поскольку частая замена дорогостоящих деталей увеличивает стоимость вырабатываемой ими энергии. Национальная лаборатория устойчивой энергетики Рисё в Дании занимается одним из главных виновников износа: чрезвычайной нагрузкой, воздействующей на конструкции турбины при вращении их массивных лопастей.
Чтобы уменьшить эту нагрузку, исследователи Рисо разработали другой тип лезвия или, по крайней мере, другой тип лезвия для него. Они считают, что задняя кромка, которая может изгибаться при вращении лопасти, создавая более плавный поток воздуха от лопасти, значительно снизит нагрузку на опорную конструкцию.
Исследователи указывают на закрылки на крыльях самолета в качестве примера концепции: эти закрылки изменяют форму крыла, чтобы обеспечить повышенный контроль над подъемной силой во время взлета и посадки. Резиновая задняя кромка с помощью аналогичных средств может повысить устойчивость вращающихся лопаток турбины, уменьшив нагрузку на удерживающие их компоненты.
Гибкое преимущество Risø все еще находится в стадии исследования и разработки.
Далее новый способ сделать это в офшоре
2: Смещение веса
Морские ветряные электростанции обладают огромным потенциалом в области ветроэнергетики, но потенциальные недостатки делают их будущее неопределенным. Одна из самых больших проблем связана с финансами, особенно в отношении стоимости крепления ветряной турбины ко дну океана. Цена этого строительства настолько высока, что вызывает сомнения в жизнеспособности крупномасштабной морской энергетики.
Многие компании ищут способы снизить эти затраты. Один из них, Technip, пошел на него с угла центра тяжести, перевернув традиционную конструкцию турбины на бок. В результате получается более устойчивая конструкция: конструкция Vertiwind перемещает генератор, самый тяжелый компонент, ближе к поверхности океана - на 65 футов (20 метров) над уровнем моря, а не на обычные 200 футов (60 метров); это также делает ось вращения вертикальной. Комбинированный результат - более низкий центр тяжести, что уменьшает глубину и сложность требований к анкеровке. В идеале турбины Vertiwind вообще не нужно крепить ко дну океана.
По состоянию на январь 2013 года прототип Vertiwind мощностью 35 киловатт готов к испытаниям у берегов Франции.
Очевидно, это не единственный способ сделать это. Еще одна инновация в области ветроэнергетики предлагает еще одно решение для высоких затрат на оффшор.
1: Плавающий
Совместная компания WindPlus, занимающаяся ветроэнергетикой, также работает над проблемой привязки. В этом случае, однако, турбина сохраняет свою горизонтальную ось, как вы видите на большинстве наземных сооружений; большая разработка здесь - это система поддержки под названием WindFloat.
WindFloat - это полупогружная платформа, удерживаемая на месте с помощью анкерного крепления. Взаглублении,на морском дне нет никаких сооружений. Вместо этого анкер протаскивают по полу до тех пор, пока он не закрепится на нужной глубине. Платформа с буксируемым якорем поддерживает морскую турбину, подобную тем, которые обычно используются сейчас. WindFloat потенциально может обеспечить доступную установку более крупных турбин, чем те, которые сейчас производят оффшорную энергию.
Эта конструкция плавучей турбины позволяет не только снизить затраты на установку, но и снизить затраты на сборку, поскольку вся установка, как платформа, так и турбина, могут быть собраны на суше. Современные технологии основаны на сборке в море, что предполагает гораздо более нестабильные и логистически сложные условия. WindFloats уже используются у побережья Португалии, и по состоянию на декабрь 2012 года планы по установке у побережья Орегона продвигаются вперед.
Этот проект в Орегоне частично получил зеленый свет благодаря новым грантам на развитие от Европейского Союза и Соединенных Штатов. Новое государственное финансирование ветроэнергетики, особенно оффшорной, выпущенное в конце 2012 года, может означать большой скачок в развитии. Есть надежда, что с деньгами, необходимыми для совершенствования дизайна и проведения дополнительных испытаний в реальных условиях, подобные инновации могут значительно повысить жизнеспособность ветра как важного источника доступной чистой энергии.
Примечание автора: 10 инноваций в ветроэнергетике
Существует бесчисленное множество новаторов, работающих над улучшением производительности ветряных турбин, но здесь мне пришлось выбрать 10. Их так много, некоторые серьезно настроены на регулировку механического КПД, другие сосредоточены на устранении «бельма на глазу». проблемы и ущерб окружающей среде, и многие из них касаются и того, и другого. Я выбрал именно эти инновации, потому что нашел их особенно уникальными или неожиданными, или их смелые заявления действительно подтвердились в полевых испытаниях.
Каждая перечисленная инновация также может появиться в работе большего количества компаний, чем я смог включить сюда. Удивительно, как много изобретателей достигли одной и той же отметки.