Ponieważ firmy produkujące energię wiatrową zapuszczają się na coraz głębsze wody, tradycyjna turbina w stylu wiatraka może nie być najlepszym rozwiązaniem. Czas spojrzeć na alternatywy.

Turbiny wiatrowe tradycyjnie miały łopaty obracające się wokół osi poziomej, co pozostało standardem w nowoczesnych farmach wiatrowych. Konwencjonalne turbiny wiatrowe o poziomej osi (HAWT) zdominowały rynek energii wiatrowej, zarówno na lądzie, jak i na płytkich wodach morskich.

Ale najlepsze miejsca na farmach wiatrowych często znajdują się na głębszych morzach, z dala od przeszkód wiatrowych, szlaków żeglugowych, nimbys i migrujących ptaków. Konstrukcje wsporcze przymocowane sztywno do dna morskiego mogą nie być ekonomicznie opłacalne na głębokościach większych niż 50m, więc inżynierowie zamiast tego sięgają po pływające fundamenty.

Są to bardzo różne warunki generowania energii elektrycznej z wiatru, co oznaczało ponowne zainteresowanie alternatywnymi konfiguracjami turbin wiatrowych. Jak informujemy Filozoficzne transakcje Royal Society przyjęcie pionowej osi obrotu jest jedną z takich alternatyw. Turbiny te zawsze skierowane w stronę wiatru są znane jako turbiny wiatrowe o pionowej osi (VAWT).

Stabilne konstrukcje

Tradycyjne turbiny z osią poziomą są bardzo ciężkie, a łopaty i sprzęt wytwarzający energię koniecznie są przymocowane do szczytu wieży. W dużej morskiej turbinie ta część może ważyć kilkaset ton i znajdować się na wysokości 100m nad poziomem morza.

W turbinie o osi pionowej układy wytwarzające mogą znajdować się na znacznie niższej wysokości, nawet u podstawy wieży. Oznacza to, że VAWT mają zwykle znacznie niższy środek ciężkości.

Na pływających podporach ta zaleta jest powiększona - wystarczy pomyśleć o tym, jak stabilny jesteś, gdy siedzisz w czółnie, zamiast stać na nim.

Obniżenie generatorów sprawia, że ​​są one znacznie bardziej dostępne i łatwiejsze w utrzymaniu lub wymianie. Na przykład pracownicy VAWT muszą wspinać się tylko na niewielką odległość, aby uzyskać dostęp do maszyn, zamiast wspinać się na stale poruszającą się wieżę 100m.

Rozmiar ma znaczenie

Ogólnie rzecz biorąc, większe turbiny wiatrowe wytwarzają tańszą energię elektryczną. Doprowadziło to do tego, że turbiny stają się coraz większe i mocniejsze, szczególnie na morzu, gdzie łopaty 50m są obecnie rutynowe, a niektóre nawet znacznie większy.

Ale takie wirujące w poziomie olbrzymy mogą wkrótce osiągnąć swój limit. Jeśli uwzględni się oś ostrza, gdy ostrze jest w pozycji poziomej, siła grawitacji będzie do niego prostopadła, natomiast gdy ostrze jest pionowe (w górę), siła grawitacji będzie równoległa do osi i skierowana w stronę podstawy ostrza. Na koniec, gdy ostrze będzie ponownie pionowe (w dół), siła grawitacji będzie równoległa do osi ostrza, ale teraz będzie skierowana w stronę końcówki. Trochę badania naukowe twierdzą, że to oscylujące obciążenie grawitacyjne ogranicza rozmiar turbin osi poziomej.

Turbiny o osi pionowej rozwiązują ten problem, ponieważ obracając się, otrzymują stałą siłę grawitacji, zawsze w tym samym kierunku. Bez stresu związanego z trzymaniem metalowych ostrzy 80m za jeden koniec, VAWT mogą potencjalnie stać się znacznie większe.

Badania pokazał również, że turbiny pionowe mogą być umieszczone bliżej siebie na farmie wiatrowej. Tak więc dla danego obszaru można zainstalować więcej VAWT i wygenerować więcej energii elektrycznej, niż gdyby zastosowano HAWT, zmniejszając w ten sposób koszt energii elektrycznej.

Rewolucja Osi

Pojawia się więc oczywiste pytanie: dlaczego VAWT nie były jeszcze używane, skoro są tak korzystne? Głównym powodem jest to, że wciąż jest to nowa technologia. Chociaż naukowcy od dziesięcioleci przyglądają się osiom pionowym, technologia pozostaje w tyle, głównie z powodu ograniczeń materiałowych i układu łożysk. Inwestorzy nadal postrzegają tę technologię jako bezpieczny zakład, a nawet patrząc na głębinowy wiatr, są bardziej skłonni do wspierania turbin osi poziomej na platformach pływających.

Jednak zarówno rządy, jak i przyszłościowe firmy inwestują obecnie w potencjał VAWT w zakresie morskiego wiatru głębinowego. The Projekt Nova, finansowany przez rząd Wielkiej Brytanii, wykazał, że offshore o pionowej osi jest opłacalne handlowo. Sandia National Laboratories, wspierany przez amerykański dział energetyczny, oraz różnorodny Wspierany przez UE projektowanie wspierały również technologię.

Firmy przemysłowe, takie jak brytyjski VertAx Wind lub norweski Gwind, również podążają tym tropem, opracowując różne koncepcje. Francuska firma Nenuphar kontynuuje projekt VAWT, planując (na zdjęciu w górnej części tego artykułu) instalację pierwszej pływającej farmy wiatrowej u wybrzeży Marsylii.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię jesteśmy zobowiązani do badania każdego możliwego rozwiązania. Turbiny wiatrowe o osi pionowej znajdujące się na głębokim morzu mają duży potencjał, aby być jednym z tych rozwiązań.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje
Czytaj oryginalny artykuł.

O Autorach

Maurizio Collu jest wykładowcą, Offshore Renewable Energy Center na Cranfield University. Dr Collu jest dyrektorem kursu magisterskiego Advanced Mechanical Engineering i wykładowcą mechaniki płynów i ładowania, CEng, MRINA i MEI. Jest szczególnie zaangażowany w koncepcyjne i wstępne projektowanie morskich konstrukcji wsporczych dla powstającego przemysłu pływających turbin wiatrowych.

Michael Borg prowadzi obecnie badania podoktoranckie na Wydziale Energetyki Wiatrowej na Politechnice Danii w zakresie koncepcji turbin wiatrowych z pływającą osią pionową wspieranych przez finansowane ze środków UE projekty DeepWind i INFLOW.

Zalecana książka:

Nature's Fortune: Jak biznes i społeczeństwo rozwijają się, inwestując w przyrodę
Mark R. Tercek i Jonathan S. Adams.

Ile jest warta natura? Odpowiedź na to pytanie - które tradycyjnie zostało sformułowane w kategoriach środowiskowych - rewolucjonizuje sposób prowadzenia działalności. W Fortuna natury, Mark Tercek, dyrektor generalny The Nature Conservancy i były bankier inwestycyjny oraz pisarz naukowy Jonathan Adams twierdzą, że natura jest nie tylko podstawą dobrobytu ludzi, ale także najmądrzejszą inwestycją komercyjną, jaką może podjąć każda firma lub rząd. Lasy, równiny zalewowe i rafy ostrygowe często postrzegane po prostu jako surowce lub przeszkody, które należy usunąć w imię postępu, są tak samo ważne dla naszego przyszłego dobrobytu jak technologia, prawo lub innowacje biznesowe. Fortuna natury stanowi podstawowy przewodnik po dobrobycie gospodarczym i środowiskowym na świecie.

Kliknij tutaj aby uzyskać więcej informacji i / lub zamówić tę książkę na Amazon.