s vindkraftselskaber begiver sig ud i stadigt dybere vand, er den traditionelle vindmølle-stil måske ikke den bedst egnede løsning. Det er tid til at se på alternativer.

Vindmøller har traditionelt haft vinger, der roterer omkring en vandret akse, og det har været standard i moderne vindmølleparker. Konventionelle vindmøller med horisontal akse (HAWT'er) kom til at dominere vindenergimarkedet, både på land og i lavt vand offshore.

Men de bedste vindmølleparker findes ofte i dybere hav, langt fra vindhindringer, sejlruter, nimbyer og trækfugle. Støttestrukturer, der er fastgjort stift til havbunden, er muligvis ikke økonomisk levedygtige i dybder over 50m, så ingeniører henvender sig i stedet til flydende fundamenter.

Det er meget forskellige forhold til at generere elektricitet fra vind, hvilket har betydet en genopstået interesse for alternative vindmøllekonfigurationer. Som vi rapporterer i Philosophical Transactions of the Royal Society at anvende en lodret rotationsakse er et sådant alternativ. Disse møller, som altid vender mod vinden, er kendt som vertikalakse vindmøller (VAWT'er).

Stabile strukturer

Traditionelle turbiner med vandret akse er meget toptunge, med vingerne og det udstyr, der genererer strøm, nødvendigvis fastgjort til toppen af ​​tårnet. I en stor havmølle kan denne del veje flere hundrede tons og være omkring 100 m over havets overflade.

I en turbine med lodret akse kan generationssystemerne være i en meget lavere højde, selv lige ved bunden af ​​tårnet. Dette betyder, at VAWT'er har en tendens til at have et meget lavere tyngdepunkt.

På flydende understøtninger er denne fordel forstørret - tænk bare på, hvor stabil du er, når du sidder i en kano i stedet for at stå på den.

Sænkning af generatorerne gør dem også meget mere tilgængelige og nemmere at vedligeholde eller udskifte. For eksempel, med en VAWT behøver arbejdere kun at klatre en kort afstand for at få adgang til maskiner i stedet for at klatre op i et 100 m tårn, der konstant bevæger sig.

Size Matters

Generelt producerer større vindmøller billigere strøm. Dette har ført til, at vindmøller er blevet stadig større og mere kraftfulde, især offshore, hvor 50m vinger nu er rutine, og nogle er endda langt større.

Men sådanne horisontalt roterende kæmper kan snart nå deres grænse. Hvis bladets akse tages i betragtning, når denne klinge er vandret, vil tyngdekraften være vinkelret på den, mens når bladet er lodret (opad), vil tyngdekraften være parallel med aksen og pegende mod bladets rod. Til sidst, når bladet er lodret igen (nedad), vil tyngdekraften være parallel med bladets akse, men nu pegende mod spidsen. Nogle undersøgelser hævder, at denne oscillerende gravitationsbelastning begrænser størrelsen af ​​turbiner med vandret akse.

Turbiner med vertikal akse løser dette problem, fordi de, når de roterer, oplever en konstant tyngdekraft, altid i samme retning. Uden stresset ved at holde 80 m metalblade i den ene ende, kan VAWT'er potentielt blive meget større.

Forskning har også vist, at vertikale møller kan placeres tættere på hinanden i en vindmøllepark. Så for et givet område kan der installeres flere VAWT'er og mere elektricitet genereres, end hvis HAWT'er blev brugt, og derved reducere omkostningerne til elektricitet.

Akserevolutionen

Så nu opstår det åbenlyse spørgsmål: hvorfor er VAWT'er endnu ikke blevet brugt, hvis de er så fordelagtige? Hovedårsagen er, at det stadig er en ny teknologi. Selvom forskere har kigget på lodrette akser i årtier, faldt teknologien bagud hovedsageligt på grund af materiale- og lejesystembegrænsninger. Investorer ser stadig den kendte teknologi som et sikkert spil, og selv når man ser på dybhavsvind, har de været mere tilbøjelige til at understøtte vandrette akse-turbiner på flydende platforme.

Men både regeringer og fremsynede virksomheder investerer nu i potentialet af VAWT'er til dybhavshavvind. Det Nova projekt, finansieret af den britiske regering, viste, at den vertikale akse offshore var kommercielt levedygtig. Sandia National Laboratories, bakket op af det amerikanske energiministerium, og forskellige EU-støttet projekter har også understøttet teknologien.

Industrivirksomheder som britiske VertAx Wind eller norske Gwind følger også trop gennem udviklingen af ​​forskellige koncepter. Det franske firma Nenuphar skubber sit VAWT-design videre med planer (billedet øverst i denne artikel) om at installere den første flydende vindmøllepark ud for Marseilles kyst.

Med stigende efterspørgsel efter energi er vi forpligtet til at undersøge alle mulige løsninger. Vindmøller med lodret akse placeret i dybhavet har et stort potentiale til at være en af ​​disse løsninger.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation
Læs oprindelige artikel.

Om forfatterne

Maurizio Collu er foredragsholder, Offshore Renewable Energy Center ved Cranfield University. Dr. Collu er kursusdirektør for Advanced Mechanical Engineering MSc og underviser i Fluid Mechanics and Loading, CEng, MRINA og MEI. Han er især involveret i det konceptuelle og foreløbige design af offshore støttestrukturer til den nye flydende vindmølleindustri.

Michael Borg udfører i øjeblikket postdoc-forskning ved Institut for Vindenergi på Danmarks Tekniske Universitet i flydende vertikalakse vindmøllekoncepter støttet af de EU-finansierede DeepWind- og INFLOW-projekter.

Anbefalet bog:

Naturens formue: Hvordan forretning og samfund trives ved at investere i naturen
af Mark R. Tercek og Jonathan S. Adams.

Hvad er naturen værd? Svaret på dette spørgsmål - som traditionelt er blevet indrammet i miljømæssige termer - revolutionerer den måde, vi driver forretning på. I Nature's Fortune, Mark Tercek, administrerende direktør for The Nature Conservancy og den tidligere investeringsbank, og videnskabsforfatter Jonathan Adams hævder, at naturen ikke kun er fundamentet for menneskeligt velvære, men også den smarteste kommercielle investering, som enhver virksomhed eller regering kan gøre. Skove, oversvømmelsespladser og østersrev ses ofte simpelt hen som råmaterialer eller som hindringer, der skal ryddes i fremskridtens navn, er faktisk lige så vigtige for vores fremtidige velstand som teknologi eller lov eller forretningsinnovation. Nature's Fortune tilbyder en vigtig guide til verdens økonomiske - og miljømæssige - velvære.

Klik her for mere info og / eller for at bestille denne bog på Amazon.