science >> Wetenschap >  >> Natuur

10 innovaties in windenergie

De toekomst van windenergie kan er heel anders uitzien dan de bekende - en controversiële - turbines met horizontale as die we kennen. JANEK SKARZYNSKI/AFP/Getty Images

Een van de meest veelbelovende alternatieve energietechnologieën heeft, in recente jaren, oogstte meer scepsis dan lof. Horizontale as windturbines (HAWT), die enorme, torens met bladen die een winderige dag veranderen in schone energie voor het net, kan ook vogels en vleermuizen doden, duur regelmatig onderhoud vergen, problemen hebben met de efficiëntie en omwonenden in het algemeen ergeren met plotseling belemmerd uitzicht en ongewenste (en mogelijk ongezonde) geluidsniveaus.

De installatie van windmolenparken in de VS is dienovereenkomstig vertraagd, maar een toestroom van overheidsfinanciering in 2012 kan nieuwe hoop bieden voor windenergie [bron:Hurdle]. Onderzoek heeft een aantal verbazingwekkende mogelijkheden opgeleverd in functies en generatiemethoden; veel van de machines op de tekentafel lijken en functioneren weinig als de "windmolens" die we gewend zijn.

De toekomst van wind ligt misschien niet in wieken, op boerderijen, of zelfs vast aan de aarde. Hier zijn 10 van de meest unieke benaderingen voor het verbeteren van de manieren waarop we wind in elektriciteit omzetten. Sommige zijn een beetje dromerig, anderen in verschillende stadia van ontwerp en prototype, en een paar bogen op voorlopige data voor commerciële verkoop.

We beginnen met een exemplaar waarvan de uitvinders zeggen dat het veel meer wind vangt dan conventionele ontwerpen en die mogelijk in 2013 op de markt komt.

Inhoud
  1. Eerst verzamelen
  2. Opsturen
  3. Beginnen met de Tesla Engine
  4. Beginnen met een straalmotor
  5. Levitatie!
  6. Dwalen in It
  7. Beginnen met een zeil
  8. Flexibel worden
  9. Het gewicht verschuiven
  10. Het drijven

10:Eerst verzamelen

Traditionele HAWT-bladen, zoals die hierboven, vasthouden aan een verticale oriëntatie, maar toekomstige projecten kunnen mogelijk lucht uit vele richtingen in één richting leiden. FRANK PERRY/AFP/Getty Images

Omni-directioneel is gedaan, met verstelbare turbinebladen gemonteerd in traditionele, verticale oriëntatie die kan bewegen om verandering van richting mogelijk te maken. De IMPLUX gaat een andere kant op met de methode, lucht vanuit meerdere richtingen naar een opstelling met verticale assen geleiden.

De uitvinders van Katru hebben, in hun werkmodel van een windturbine op het dak voor kleinschalige energieproductie, creëerde een apparaat dat meer wind vangt door het te verzamelen voordat het de turbinebladen raakt [bron:Yirka]. In de omgeving van, kamer met latten fungeert als een 360-graden inlaatstructuur die wind uit alle richtingen neemt en deze in slechts één richting omleidt:omhoog, naar horizontaal draaiende bladen (een helikopterachtige oriëntatie).

Omdat de turbine is ingesloten, en de lamellen van de behuizing zijn dicht bij elkaar geplaatst, het vormt geen gevaar voor vogels en produceert heel weinig geluid in vergelijking met de huidige turbinevormen [bron:Katru Eco-Inventions].

IMPLUX zou bovenop gebouwen worden gemonteerd om de relatief onaangeboorde energie op te vangen die over stedelijke centra stroomt. Het nieuwste model is slechts 2,7 meter lang en heeft een vermogen van 1,2 kilowatt; Het plan van Katru is om dat tegen eind 2013 op te trekken tot maximaal 6 kilowatt. wanneer de IMPLUX commercieel beschikbaar is [bron:Katru Eco-Inventions].

Volgende, op een heel ander niveau...

9:Opsturen

De oprichter van Joby Energy staat met zijn prototype van een windturbine in de lucht. Robert Nickelsberg/Getty Images

Manier, ver boven de grond, er is genoeg windenergie om 50 globes van stroom te voorzien, volgens industriegroep Alternative Energy [bron:Alternative Energy]. Deze wind op grote hoogte, historisch buiten het bereik van onze technologie en wetenschap, staat op het punt om onze netten te voeden.

Verschillende bedrijven ontwerpen turbines in de lucht die duizenden meters in de lucht zouden zweven, wind op grote hoogte om te zetten in elektriciteit. Ontwerpen variëren van kite-achtige structuren tot zeppelins, in wezen vliegende turbines die wind zouden opvangen, zet het om in elektrische stroom, en stuur het via een ketting naar de aarde.

Veiligheidsproblemen in overvloed, nog een reden waarom vliegende turbines een droom op een laag pitje waren [bron:alternatieve energie]. De Federal Aviation Administration heeft een limiet van 2 geadviseerd, 000 voet (600 meter) voor dergelijke constructies, om interferentie met het luchtverkeer te voorkomen, en ontwerpers moeten bewijzen dat ze hun turbines veilig kunnen landen als een ketting stuk gaat of extreme weersomstandigheden andere storingen veroorzaken.

Turbines op grote hoogte bevinden zich in verschillende stadia van ontwikkeling. Ze zijn nog niet getest op de grote hoogten waarvoor ze bedoeld zijn [bron:alternatieve energie].

Volgende, Tesla komt in beeld.

8:Beginnen met de Tesla Engine

Nikola Tesla -- hier afgebeeld in standbeeldvorm in zijn geboortedorp Smiljan, Kroatië -- is het startpunt voor één nieuw windontwerp. HRVOJE POLAN/AFP/Getty Images

Geïnspireerd door een motorontwerp gepatenteerd door uitvinder Nikola Tesla in 1913, een bedrijf genaamd Solar Aero heeft een windturbine ontworpen zonder wieken, een kleine voetafdruk en, volgens de ontwerpers laag genoeg onderhoudskosten om de prijs van zijn elektriciteit te verlagen tot kolengestookte tarieven [bron:Zyga].

De Fuller-turbine gebruikt dunne metalen schijven om een ​​generator te laten draaien. De schijven in aërodynamische stijl zijn dicht bij elkaar geplaatst en onder een hoek geplaatst, zodat wanneer wind door het apparaat stroomt, zij draaien, ongeacht de richting of kracht van de wind. Omdat het aantal schijven kan worden verhoogd of verlaagd om verschillende vermogensoutputs en -groottes te bereiken, de Fuller-turbine kan eenvoudig worden aangepast aan een breed scala aan locaties.

Gemakkelijke toegang tot de disk-en-generator setup, samen met verminderde hoogte-eisen omdat bladspeling geen factor is, lagere onderhoudskosten betekenen, volgens Solar Aero. De verwijdering van de bladspeling uit de vergelijking betekent ook dat de units dichter bij elkaar kunnen worden geplaatst, dus 20 Fuller-turbines zouden minder land nodig hebben dan standaard, machines met bladen [bron:Zyga].

Net als veel andere innovaties op deze lijst, de Fuller turbine houdt rekening met vogels:Het hele bewegende systeem is afgeschermd.

Volgende, een andere motor fungeert als muze.

7:Beginnen met een straalmotor

De straalmotor is het startpunt voor een aantal nieuwe windontwerpen. PHILIPPE LOPEZ/AFP/Getty Images

Een dochteronderneming van lucht- en ruimtevaartfabrikant FloDesign heeft het straalmotorconcept in windenergie omgezet. De FloDesign windturbine is kleiner dan de huidige turbineconstructies, maar kan, volgens zijn uitvinders, produceren tot vier keer meer vermogen [bron:LaMonica].

Net als een straalmotor, FloDesign heeft een set vaste bladen die voor de bewegende turbinebladen zitten. Ze zijn uit elkaar geplaatst en onder een hoek geplaatst om te profiteren van variaties in windsnelheid om een ​​snel mengende vortex te produceren - een vortex die extra wind aanzuigt (die zou worden gemist door typische turbineontwerpen) en deze versnelt [bron:Bullis]. Het is dit grotere volume sneller bewegende lucht dat de beweegbare bladen raakt, het draaien van de generator.

De ontwerpers van het apparaat zeggen dat FloDesign evenveel energie kan produceren als een HAWT-eenheid die twee keer zo groot is [bron:Bullis]. In 2011, de unit is geïnstalleerd op een eiland in de haven van Boston, en het presteerde goed [bron:Watt Now].

Volgende, wrijving elimineren...

6:Zweven!

Magnetische levitatie wordt al gebruikt om treinen te verplaatsen, zoals deze wordt getest in Duitsland. NIGEL TREBLIN/AFP/Getty Images

Een van de redenen waarom windturbines relatief inefficiënt zijn, is de wrijving tussen bewegende delen [bron:Fecht]. Die wrijving verspilt energie, het vermogen van de turbine te verminderen. Als je zou kunnen, zeggen, de bladen van een turbine laten zweven in plaats van ze fysiek aan de basis te bevestigen, dat wrijving zou worden geëlimineerd.

Deze technologie is beschikbaar. Meerdere bedrijven, in verschillende stadia van ontwikkeling, werken aan maglev-turbines . Magnetische levitatie, die al jaren schone-energietreinen voortstuwt, heeft het potentieel om de efficiëntie van windturbines tot 20 procent te verhogen, volgens het in China gevestigde Guangzhou Energy Research Institute [bron:Fecht]. Deze wrijvingsloze eenheden kunnen langzamer bewegende wind opvangen, meer van de windenergie die ze opvangen omzetten in elektriciteit, en hebben minder slijtage dan traditionele modellen.

Het in de VS gevestigde Regenedyne en NuEnergy ontwikkelen beide maglev-turbines voor commerciële verkoop. De modellen zijn stil, veiliger voor vogels en zijn aanzienlijk goedkoper dan eenheden van het "windmolen" -type [bron:NuEnergy]. Levensduur zou daar veel mee te maken hebben:Regenedyne claimt een levensduur van een maglev-turbine van 500 jaar, vergeleken met ongeveer 25 jaar voor de huidige, met wrijving gevulde modellen [bron:Off Grid Technologies].

Volgende, windenergie gaat recreatief...

5:Er in ronddwalen

Het futuristische uiterlijk van Abu Dhabi kan uiteindelijk verzacht worden tot een landschap van rietachtige bladloze turbines. Alan Copson/Fotograaf's Choice/Getty Images

Stedenbouwkundigen in Abu Dhabi stelden zich een futuristische gemeenschap voor waarin schone energie meer zou zijn dan energie; het zou genieten zijn. Ontwerpbureaus dienden voorstellen in, en een bedrijf in New York won de eerste prijs voor zijn concept van een veld van rietachtige turbines die in de wind bewegen als tarwestengels.

Atelier DNA zag slank, sierlijke turbines genaamd Windstalks. Elke LED-verlichte, 55 meter lange steel zwaait in de wind, het creëren van kinetische energie om een ​​koppelgenerator aan te drijven [bron:Danigelis]. Een slanke, bladloos ontwerp zorgt voor nauwe afstand, veiligheid voor vogels en vleermuizen en, meest uniek, een heerlijke avondwandeling:ontwerpers hopen dat bewoners ooit een wandeling zullen maken door een boerderij met wuivende windstalen, schone energie ervaren als zoiets als kunst.

Het idee maakt van het windpark een visueel plezierige installatie, in plaats van een om te verdragen in de naam van schoon, hernieuwbare energie. Het is een innovatieve manier om een ​​van de grootste bezwaren tegen windparken tegenwoordig weg te nemen, in plaats daarvan de mogelijkheid voorstellen dat in de toekomst, mensen willen misschien in de buurt van hectares en hectares turbines wonen.

Volgende, een beroep doen op een van de oudste, meest efficiënte manieren om de kracht van wind op te vangen ...

4:Beginnen met een zeil

Zeilen vangen de energie van wind beter op dan enig ander menselijk ontwerp. laura een. watt/Flickr/Getty Images

Een van de oudste manieren om windenergie op te vangen is het zeil. Sinds de allereerste scheepsbouwers een mast oprichtten, het eenvoudige zeil heeft meer van de kinetische energie in de wind benut voor menselijk gebruik dan enige andere structuur [bron:Zaghdoud].

Varen als inspiratie voor een hoogrendement windturbine, dan, volkomen logisch, en Saphon Energy hoopt het te implementeren in een zeilvormige turbine die het Saphonian noemt. Vergeleken met een standaard, ontwerp met bladen, hoe aerodynamischer, turbine met lage wrijving kan tot tweemaal de hoeveelheid energie in een gegeven windvoorraad gebruiken, het gebruiken om hydraulische druk te creëren om een ​​generator aan te drijven [bron:Zaghdoud]. Volgens Safon, het meest recente prototype is meer dan twee keer zo efficiënt als een typische turbine in windmolenstijl [bron:Zaghdoud].

Als een interessante kanttekening, Saphonian ontleent zijn naam aan Baal-Saphon, een windgod in de religie van het oude Carthago. Vooral, Baäl-Saphon heerste over de wind die de zeeën zou doen kolken, en hij werd aanbeden door Carthaagse zeilers tijdens hun reizen [bron:Saphon].

Volgende, aan de rand van het mes...

3:Flexibel worden

De slijtage van traditionele rotorbladen draagt ​​bij aan de kosten van windenergie. Sean Gallup/Getty Images

Slijtage is een serieus probleem bij windturbines, omdat het herhaaldelijk vervangen van dure onderdelen de kosten van het opgewekte vermogen verhoogt. Het Risø National Laboratory for Sustainable Energy in Denemarken neemt een van de grootste boosdoeners op zich:de buitengewone belasting die op turbinestructuren wordt uitgeoefend wanneer hun massieve bladen draaien [bron:alternatieve energie].

Om die belasting te verminderen, Risø-onderzoekers hebben een ander soort mes bedacht - of op zijn minst een ander soort rand ervoor. Ze geloven dat een achterrand die kan buigen terwijl het blad draait, het creëren van een soepelere luchtstroom van het blad, zal de belasting op de draagconstructie drastisch verminderen [bron:alternatieve energie].

Onderzoekers wijzen op de flappen op vliegtuigvleugels als een voorbeeld van het concept:die flappen veranderen de vorm van de vleugel om meer controle te bieden over de liftkrachten tijdens het opstijgen en landen. Een rubberen achterrand, via soortgelijke middelen, zou de stabiliteit van draaiende turbinebladen kunnen vergroten, het verminderen van de hoeveelheid stress op de componenten die ze vasthouden [bron:alternatieve energie].

Het flexibele voordeel van Risø bevindt zich nog in de onderzoeks- en ontwerpfase.

Volgende, een nieuwe manier om het offshore te doen ...

2:Het gewicht verplaatsen

Deze massieve drieledige stalen poten zijn nodig om elke turbine in een windpark in de Noordzee te verankeren - een vereiste die sommige offshore-constructie onbetaalbaar maakt. Sean Gallup/Getty Images

Offshore windparken bieden enorm potentieel in windenergie, maar potentiële nadelen maken hun toekomst onzeker. Een van de grootste zorgen is de financiële, vooral met betrekking tot de kosten van het verankeren van een windturbine aan de oceaanbodem. Die prijs van die constructie is zo hoog dat twijfels doen rijzen over de levensvatbaarheid van grootschalige offshore-elektriciteitsopwekking.

Veel bedrijven zijn op zoek naar manieren om die kosten te verlagen. Een van hen, Technip, ging er vanuit een zwaartepuntshoek naar toe, het op zijn kant zetten van de traditionele turbinestructuur. Het effect is een stabielere structuur:het Vertiwind-ontwerp beweegt de generator, het zwaarste onderdeel, dichter bij het oppervlak van de oceaan - 20 meter boven de zee, in plaats van de gebruikelijke 200 voet (60 meter); het maakt ook de rotatie-as verticaal [bron:Gatto]. Het gecombineerde resultaat is een lager zwaartepunt dat de diepte en complexiteit van verankeringsvereisten vermindert [bron:Snieckus]. Ideaal, Vertiwind-turbines hoeven helemaal niet op de oceaanbodem te worden bevestigd.

Met ingang van januari 2013 een 35 kilowatt Vertiwind-prototype is klaar om te testen voor de kust van Frankrijk [bron:Wind Power Intelligence].

Dat is niet, blijkbaar, de enige manier om het aan te pakken, Hoewel. Een laatste innovatie op het gebied van windenergie stelt een andere oplossing voor hoge offshorekosten voor.

1:Het drijven

Huidige offshore windturbines zijn vastgemaakt aan de zeebodem; in de toekomst, de turbines kunnen op hun plaats worden gehouden door een anker. Ulrich Baumgarten/Getty Images

Windkrachtsamenwerking WindPlus werkt ook aan het verankeringsvraagstuk. In dit geval, Hoewel, de turbine behoudt zijn horizontale as, zoals je ziet op de meeste op het land gebaseerde constructies; de grote ontwikkeling hier is een ondersteuningssysteem genaamd WindFloat.

WindFloat is een semi-afzinkbaar platform dat op zijn plaats wordt gehouden door een anker met sleepanker. In sleep inbedding, er is geen constructie op de zeebodem. In plaats daarvan, een anker wordt over de vloer gesleept totdat het zich op de gewenste diepte nestelt. Het verankerde platform ondersteunt een offshore-turbine zoals de turbines die nu vaak worden gebruikt. WindFloat kan mogelijk de betaalbare installatie van grotere turbines mogelijk maken dan degenen die nu offshore-energie produceren.

Dit ontwerp met drijvende turbine zorgt niet alleen voor lagere installatiekosten, maar ook voor lagere montagekosten, sinds de hele installatie, zowel platform als turbine, op het land kan worden gemonteerd. De huidige technologie is gebaseerd op assemblage op zee, wat veel onstabielere en logistiek complexere omstandigheden met zich meebrengt [bron:Macguire]. WindFloats zijn al in gebruik voor de kust van Portugal, en, vanaf december 2012, plannen voor installatie voor de kust van Oregon gaan vooruit [bron:Recharge].

Dat Oregon-project is gedeeltelijk groen licht gegeven door nieuwe ontwikkelingssubsidies van zowel de Europese Unie als de Verenigde Staten [bron:Recharge]. Nieuwe overheidsfinanciering voor windenergie, vooral de offshore variant, die eind 2012 werden uitgegeven, zou grote sprongen in de ontwikkeling kunnen betekenen. De hoop is dat met het geld om het ontwerp te perfectioneren en meer real-world testen te implementeren, innovaties als deze zouden de levensvatbaarheid van wind als een belangrijke bron van betaalbare, schone energie.

Veel meer informatie

Notitie van de auteur:10 innovaties in windenergie

Er zijn talloze innovatieve geesten die werken aan het verbeteren van de prestaties van windturbines, maar hier, Ik moest er 10 kiezen. Er zijn er zoveel, wat zware aanpassingen voor mechanische efficiëntie, anderen concentreren zich op het elimineren van "doorn in het oog" en milieuschade, en velen richten zich op beide. Ik koos voor deze specifieke innovaties omdat ik ze bijzonder uniek of verrassend vond, of hun gewaagde beweringen zijn daadwerkelijk bevestigd in veldtesten.

Elke genoemde innovatie, ook, kan in het werk van meer bedrijven opduiken dan ik hier kon opnemen. Het is verbazingwekkend hoeveel uitvinders hetzelfde doel hebben bereikt.

gerelateerde artikelen

  • Hoe windenergie werkt
  • Hoe windturbineladers werken
  • 10 ongelooflijke feiten over windenergie
  • Doden windturbines vogels?
  • Veroorzaken windturbines gezondheidsproblemen?
  • Windenergie Quiz

bronnen

  • Alternatieve energie. "Windturbines in de lucht?" 16 juni 2010. (26 december, 2012) http://www.alternative-energy-news.info/airborne-wind-turbines/
  • Alternatieve energie. "Doorbraak in kleine windtechnologie." 19 november, 2008. (26 december, 2012) http://www.alternative-energy-news.info/breakthrough-small-wind-technology/
  • Alternatieve energie. "Elastische randen voor windturbinebladen." 21 maart, 2009. (26 december, 2012) http://www.alternative-energy-news.info/elastic-edges-for-wind-turbine-blades/
  • Bullis, Kevin. "Een ontwerp voor goedkopere windenergie." MIT Technologie Review. 1 december 2008. (4 januari, 2013) http://www.technologyreview.com/news/411274/a-design-for-cheaper-wind-power/
  • Danigelis, Alyssa. "Windkracht zonder de bladen:Big Pics." Ontdekkingsnieuws. (26 december, 2012.) http://news.discovery.com/tech/wind-power-without-the-blades.html
  • Fecht, Sara. " 8 manieren waarop magnetische levitatie de toekomst kan vormen." Popular Mechanics. (26 december, 2012) http://www.popularmechanics.com/technology/engineering/extreme-machines/8-ways-magnetic-levitation-could-shape-the-future#slide-1
  • Gatto, Katie. "Vertiwind:Drijvende windturbineproject gelanceerd." Phys.org. 7 februari 2011. (26 december, 2012) http://phys.org/news/2011-02-vertiwind-turbine.html#nRlv
  • Horde, Jon. " Energy Dept. om 7 windprojecten te onderschrijven." The New York Times. 12 december, 2012. (26 december, 2012) http://green.blogs.nytimes.com/2012/12/12/energy-dept-to-underwrite-7-wind-projects/?ref=windpower
  • Katru Eco-uitvindingen. http://www.katru.com.au/
  • LaMonica, Martin. " FloDesign's straalmotor-geïnspireerde windturbine wint prijzen." CNET. 15 mei, 2008. (26 december, 2012) http://news.cnet.com/8301-11128_3-9945005-54.html
  • Macguir, Eoghan. "Drijvende turbine boeit offshore windpotentieel." CNN. 28 juni 2012. (26 december, 2012) http://www.cnn.com/2012/06/28/world/windplus-floating-wind-turbine/index.html
  • NuEnergy-technologieën. "MagLev-windturbine." (4 januari, 2013) http://www.nuenergytech.com/product-development/maglev-wind-turbine/
  • Off Grid-technologieën. "Stad Evanston - Off Shore Wind Project (RFI)." (4 januari, 2013) http://www.cityofevanston.org/assets/OGT%20Evanston%20RFI.pdf
  • Opladen. " Principle Power haalt $ 43 miljoen financiering binnen voor WindFloat." 14 december 2012. (2 jan., 2013) http://www.rechargenews.com/energy/wind/article329608.ece
  • Snieckus, Darius. "Diepwater windturbine met verticale as krijgt laatste droogloop." Opladen. 6 januari 2012. (2 jan., 2013) http://www.rechargenews.com/business_area/innovation/article296513.ece
  • Vesta's. " Vesta's, EDP ​​en WindPlus-partners huldigen de eerste offshore-turbine in die is geïnstalleerd op de drijvende fundering WindFloat." 19 juni, 2012. (2 jan., 2013) http://www.vestas.com/Default.aspx?ID=10332&action=3&NewsID=3107
  • Watt nu. "FloDesign Windturbine. Er zit verandering in de wind." 7 maart 2012. (4 januari, 3013) http://wattnow.org/1891/flodesign-wind-turbine-theres-change-in-the-wind
  • Windenergie-intelligentie. "FRANKRIJK:Testen voor 2MW Vertiwind drijvende offshore-turbine van start." 1 januari 2013. (2 januari, 2013) http://www.windpowerintelligence.com/article/GVj9cQ3mmA/2013/01/01/france_testing_for_2mw_vertiwind_floating_offshore_turbine_t/
  • yirka, Bob. "Nieuwe omnidirectionele windturbine kan windenergie opvangen op daken van gebouwen." Phys.org. 16 mei 2011. (26 december, 2012) http://phys.org/news/2011-05-omni-directionele-turbine-capture-energy-rooftops.html
  • Zaghdoud, Nebil. "Op zeilen geïnspireerde turbine belooft goedkopere windenergie." 5 november 2012. (26 december, 2012) http://www.scidev.net/en/middle-east-and-north-africa/news/sail-inspired-turbine-promises-cheaper-wind-energy.html
  • Zyga, Lisa. "Bladeless windturbine geïnspireerd door Tesla." Phys.org. 7 mei 2010. (26 december, 2012) http://phys.org/news192426996.html

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Angiogenese versus vasculogenese
  2. Ideeën voor het maken van een 3-D DNA-standaard voor middelbare school
  3. Cellulaire ademhaling in planten
  4. Wat zijn de processen waarbij macromoleculen worden gevormd?
  5. Science Fair Project Ideas: Equine
  6. Welke effecten kunnen glycolyse remmen?
  7. Verschil tussen homozygoot en heterozygoot
  8. Wat is osmotische lyse?
  9. Mitochondria: definitie, structuur en functie (met diagram)

Wetenschap