5 nietypowych konstrukcji generatorów wiatrowych

Energia wiatrowa aktywnie rozwija się na całym świecie i nikomu nie jest tajemnicą, że jest to obecnie jeden z najbardziej obiecujących obszarów energii alternatywnej. Do połowy 2014 r. Całkowita moc wszystkich zainstalowanych generatorów wiatrowych na świecie wyniosła 336 gigawatów, a na początku 2014 r. W Danii zainstalowano i uruchomiono największy i najmocniejszy pionowy generator wiatrowy Vestas-164 z trzema łopatami. Jego moc sięga 8 megawatów, a rozpiętość ostrzy wynosi 164 metry.

Pomimo długotrwałej technologii wytwarzania turbin łopatkowych i wiatraków, wielu entuzjastów dąży do ulepszenia technologii, zwiększenia jej wydajności i zmniejszenia negatywnych czynników.

Jak wiadomo współczynnik wykorzystania energii strumienia wiatru tradycyjne generatory wiatrowe w najlepszym razie osiąga 30%, są one dość hałaśliwe i zaburzają naturalny bilans cieplny otaczających terytoriów, zwiększając w nocy temperaturę powierzchniowej warstwy powietrza. Są również bardzo niebezpieczne dla ptaków i zajmują duże obszary.

Jakie są alternatywy? W rzeczywistości dzieło współczesnych wynalazców nie zna granic i wymyślono wiele różnych alternatyw.

Spójrzmy na 5 najbardziej niezwykłych spośród najbardziej znanych w branży alternatywnych konstrukcji turbin wiatrowych.

Od 2010 roku amerykańska firma Altaeros Energies z siedzibą w Massachusetts Research Institute opracowuje nową generację generatorów wiatrowych. Nowy typ generatora wiatrowego przeznaczony jest do pracy na wysokościach do 600 metrów, do których zwykłe generatory wiatrowe po prostu nie mogą się dostać. To na tak dużych wysokościach stale wieją najsilniejsze wiatry, które są 5-8 razy silniejsze niż wiatry w pobliżu powierzchni ziemi.

Generator jest konstrukcją nadmuchiwaną, podobną do sterowca nadmuchanego helem, w którym na osi poziomej zainstalowana jest turbina z trzema łopatami. Taki generator wiatrowy został uruchomiony w 2014 roku na Alasce do wysokości około 300 metrów w celu testowania przez 18 miesięcy.

Deweloperzy twierdzą, że ta technologia pozwoli na odbiór energii elektrycznej o wartości 18 centów za kilowatogodzinę, co stanowi połowę zwykłego kosztu energii wiatrowej na Alasce. W przyszłości takie generatory mogą być w stanie zastąpić elektrownie wysokoprężne, a także znaleźć zastosowanie w obszarach problematycznych.

W przyszłości to urządzenie będzie nie tylko generatorem energii elektrycznej, ale także częścią stacji pogodowej i wygodnym środkiem zapewniania Internetu na terytoriach oddalonych od odpowiedniej infrastruktury.

Po instalacji taki system nie wymaga obecności personelu, nie zajmuje dużego obszaru i jest prawie cichy. Może być kontrolowany zdalnie i wymaga konserwacji tylko raz na 1-1,5 roku.

Kolejna interesująca decyzja o stworzeniu niezwykłego projektu farmy wiatrowej jest wdrażana w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Niedaleko Abu Zabi budowane jest miasto Madsar, w którym planują zbudować dość niezwykłą farmę wiatrową, zwaną przez twórców „Windstalk”.

Założyciel Atelier DNA, nowojorskiej firmy projektowej opracowującej projekt tego projektu, powiedział, że główną ideą było znalezienie w naturze modelu kinetycznego, który mógłby służyć do generowania elektryczności, i taki model został znaleziony. 1203 łodygi z włókna węglowego, każdy o wysokości około 55 metrów, z betonowymi podstawami o szerokości 20 metrów, zostaną zainstalowane w odległości 10 metrów od siebie.

Trzonki zostaną wzmocnione gumą i będą miały u podstawy szerokość około 30 cm, a u góry zwężą się do 5 centymetrów.Każdy taki trzon będzie zawierał naprzemienne warstwy elektrod i tarcz ceramicznych wykonanych z materiału piezoelektrycznego, który wytwarza prąd elektryczny, gdy jest poddawany ciśnieniu.

Gdy trzony będą się kołysać na wietrze, tarcze skurczą się, wytwarzając prąd elektryczny. Żadnego hałasu z łopat turbin wiatrowych, żadnych ofiar wśród ptaków, nic oprócz wiatru.

Pomysł zrodził się z obserwacji trzcin kołyszących się na bagnach.

Projekt Windstalk firmy Atelier DNA zajął drugie miejsce w konkursie Land Art Generator sponsorowanym przez Madsar, aby wybrać najlepszą międzynarodową grafikę do generowania energii ze źródeł odnawialnych.

Obszar zajmowany przez tę niezwykłą elektrownię wiatrową obejmie 2,6 hektara, a pod względem mocy będzie odpowiadał konwencjonalnemu generatorowi wiatru, zajmującemu podobny obszar. System jest skuteczny ze względu na brak strat tarcia związanych z tradycyjnymi układami mechanicznymi.

U podstawy każdego trzonu znajduje się generator, który przekształca moment obrotowy z trzonu za pomocą amortyzatora i układu cylindrów, podobnie jak system Levant Power opracowany w Cambridge, Massachusetts.

Ponieważ wiatr nie jest stały, zostanie zastosowany system magazynowania energii, aby zgromadzoną energię można było wykorzystać nawet przy braku wiatru, wyjaśnij pracownikom pracującym nad projektem.

U góry każdej łodygi zostanie zainstalowane światło LED, którego jasność będzie bezpośrednio zależeć od siły wiatru i ilości aktualnie wytwarzanej energii elektrycznej.

Windstalk będzie działać chaotycznie, co pozwoli ci umieścić elementy znacznie bliżej siebie niż jest to możliwe w przypadku konwencjonalnych turbin wiatrowych typu łopatkowego.

Podobny projekt Wavestalk jest opracowywany w celu konwersji energii prądów i fal oceanicznych, w których podobny system będzie odwrócony do góry nogami pod wodą.

Projekt opracowany przez Saphon Energy z Tunezji, a także Windstalk, jest bezłopatkowym generatorem wiatrowym, ale tym razem urządzenie ma konstrukcję typu żagla.

Ten cichy generator, przypominający kształt anteny satelitarnej, nazywał się Saphonian. Nie ma części obrotowych i jest całkowicie bezpieczny dla ptaków. Ekran generatora wykonuje ruchy tam iz powrotem pod wpływem wiatru, powodując oscylacje w układzie hydraulicznym.

Celem projektu jest poprawa działania generatorów wiatrowych w zakresie wykorzystania przepływu wiatru. Wiatr dosłownie zaprzęga się w żagiel, który pod jego działaniem wykonuje ruchy do przodu i do tyłu, podczas gdy nie ma łopat, wirnika ani kół zębatych. Ta interakcja pozwala przekształcić więcej energii kinetycznej w energię mechaniczną za pomocą tłoków.

Energia może być gromadzona w akumulatorach hydraulicznych lub przekształcana w energię elektryczną za pomocą generatora, lub za pomocą pewnego mechanizmu można wprawić w ruch obrotowy. Jeśli konwencjonalne generatory wiatrowe mają sprawność 30%, to ten generator typu żeglarskiego daje wszystkie 80%. Jego wydajność przekracza 2,3 razy wiatraki typu łopatkowego.

Z powodu braku drogich komponentów, jak ma to miejsce w przypadku turbiny wiatrowej (łopaty, piasty, skrzynie biegów), w przypadku Saphonian koszty sprzętu są zmniejszone do 45%.

Aerodynamiczny kształt Saphonian ma tę zaletę, że turbulentne prądy wiatru mają niewielki wpływ na korpus żagla, a siła aerodynamiczna tylko się zwiększa. Z powodu turbulencji turbiny wiatrowe nie są używane w obszarach miejskich, a Saphonian można tam również stosować. Ponadto szkodliwe czynniki akustyczne i wibracyjne są zminimalizowane. Saphon Energy otrzymał nagrodę KPMG za innowacje.

Kolejne bardzo rewolucyjne podejście do wykorzystania energii wiatrowej zostało wprowadzone w 2008 roku przez wynalazcę - entuzjastę z Kalifornii.Duże generatory wiatrowe dla małych miast mają wielkość 30-piętrowego budynku, a ich ostrza osiągają rozmiary skrzydeł Boeinga 747.

Te gigantyczne generatory z pewnością wytwarzają dużo energii, ale produkcja, transport i instalacja takich systemów są złożone i kosztowne. Mimo to przemysł rośnie każdego roku o ponad 40 procent. Właśnie o tym myślał Dag Selsam z Kalifornii, zanim wyznaczył sobie ambitny cel. Uznał, że realistyczne jest uzyskanie większej ilości energii przy użyciu mniejszej ilości materiałów.

Dzięki zainstalowaniu kilkunastu lub kilkudziesięciu małych wirników na jednym wale połączonym z jednym generatorem Doug ostatecznie osiągnął swój cel. Podłączył jeden koniec długiego wału do generatora, a drugi wyrzucił na wysokości na balony z helem. System działał zgodnie z oczekiwaniami.

W podręcznikach Doug czytał, że turbina z jednym wirnikiem wystarcza, aby uzyskać maksimum, ale Doug ma wątpliwości. Pomyślał inaczej: im więcej wirników, tym więcej energii wiatrowej jest do wykorzystania.

Jeśli każdy wirnik jest ustawiony pod kątem prostym, wówczas każdy wirnik otrzyma własny wiatr, co zwiększy wydajność wytwarzania.

Oczywiście komplikuje to fizykę, ponieważ teraz trzeba było upewnić się, że każdy rotor łapie swój własny strumień, a nie tylko strumień z pobliskiego rotora. Konieczne było ustalenie optymalnego kąta wału w stosunku do wiatru i idealnej odległości między wirnikami. I w końcu zysk został uzyskany przy użyciu mniejszej ilości materiału.

W 2003 r. Wynalazca otrzymał dotację w wysokości 75 000 USD od California Energy Commission na opracowanie turbiny o mocy 3000 W z siedmioma wirnikami. Zadanie zostało pomyślnie rozwiązane, a Dag Selsam sprzedał już ponad 20 swoich 2000-watowych turbin dwuwirnikowych kilku właścicielom domów. Zbudował te urządzenia w swoim wiejskim garażu.

Pomysł Douga był jednym z niewielu pomysłów, które faktycznie mają wszelkie szanse na osiągnięcie wielkiego sukcesu w świecie komercyjnym. Selsam mówi, że dwa wirniki to dopiero początek. Pewnie kiedyś zobaczy na niebie swoje wielotorowe turbiny o długości mili.

„Możemy pójść dalej i zbudować znacznie mocniejsze turbiny za pomocą tej technologii, która przerośnie najśmielsze fantazje General Electric”, mówi wynalazca.

Archimedes z siedzibą w Rotterdamie w Holandii opracował własną koncepcję niezwykłych turbin wiatrowych, które można instalować bezpośrednio na dachach budynków mieszkalnych.

Według autorów projektu skuteczna konstrukcja o niskim poziomie hałasu może zapewnić mały dom z elektrycznością i kompleks takich generatorów, współpracujących z standardowe panele słoneczne, w stanie całkowicie zredukować do zera zależność dużego budynku od zewnętrznych źródeł energii elektrycznej. Nowe turbiny wiatrowe nazywane są Liam F1.

Mała turbina o średnicy 1,5 metra i wadze około 100 kilogramów może zostać zainstalowana na dowolnej ścianie lub dachu budynku mieszkalnego. Zazwyczaj wysokość dachów tarasowych wynosi 10 metrów, a wiatr w kraju prawie zawsze jest południowo-zachodni. Te warunki są wystarczające, aby prawidłowo umieścić turbinę na dachu i skutecznie wykorzystać energię wiatru.

Rozwiązano tutaj dwa problemy konwencjonalnych generatorów wiatrowych: hałas konwencjonalnych turbin łopatkowych i wysoki koszt instalacji nieporęcznego sprzętu. W konwencjonalnych generatorach wiatrowych koszty instalacji często się nie zwracają. Poziom hałasu turbiny Liam wynosi około 45 dB, a to nawet ciszej niż hałas deszczu (hałas deszczu w lesie wynosi 50 dB).

W kształcie przypominającym skorupę ślimaka turbina, podobnie jak wiatrowskaz, obraca się na wietrze, przechwytując przepływ powietrza, zmniejszając jego prędkość i zmieniając kierunek. Dyrektor firmy Marinus Miremeta twierdzi, że wydajność innowacyjnej turbiny osiąga 80% maksymalnej wydajności teoretycznie dostępnej w energetyce wiatrowej. I to już wystarczy.

W Holandii przeciętna rodzina zużywa 3300 kWh energii elektrycznej rocznie.Według twórców połowa tej energii może być dostarczona przez jedną turbinę Liam F1 przy prędkości wiatru co najmniej 4,5 m / s.

Trzy takie turbiny mogą być umieszczone w wierzchołkach trójkąta na dachu domu, wtedy każda z turbin będzie zaopatrzona w wiatr i nie będą sobie przeszkadzać, ale wręcz przeciwnie, będą sobie pomagać.

Jeśli mówimy o instalacji w mieście, w którym występują burzliwe przepływy, producent sugeruje nieznaczne podniesienie generatorów wiatrowych zainstalowanych na dachach miast, przymocowanie ich do słupów, aby ściany sąsiednich domów nie zakłócały przepływów wiatru.

Szacunkowy koszt nowej turbiny wraz z instalacją wynosi 3999 euro. Ponieważ urządzenie ma rozmiar większy niż jeden metr, może być wymagana specjalna licencja na jego użycie, dlatego w najbardziej ekstremalnym przypadku firma produkuje również turbiny mini-Liam o średnicy 0,75 metra.

Producenci planują wykorzystywać swoje turbiny nie tylko do zasilania budynków mieszkalnych i przemysłowych, ale także do zasilania statków morskich.

Jak widać, istnieje wiele ciekawych alternatyw od producentów generatorów wiatrowych.