Elekter kompaktsest Fulleri tuuleturbiinist. Muundur, mis kogub energiat aeglastest vooludest

Milline on taastuvenergia 10, 20, 100 aasta pärast?

Sfääriline päikesepatarei

Kujutage ette, et päikeseelektrijaamad ei koosneks lamedatest fotogalvaanilistest paneelidest, vaid säravatest klaaskuulidest. Tundub väga futuristlik, kas pole? Rawlemoni ettevõtte asutaja, arhitekt Andre Brossel ei püüdnud oma “sfäärilise päikesegeneraatori” loomisel aga puhtalt välise efekti poole. Veega täidetud klaaskuul koondab päikesevalguse fotogalvaanilistele elementidele ja võib süsteemi jõudlust kuni 35% suurendada võrreldes tavapärase päikesepaneeliga. Kui "kera" on varustatud automaatse jälgijaga, mis "jälgib" päikese trajektoori kogu päeva jooksul, muutub see veelgi tõhusamaks. Samas on seade skaleeritav mõlemas suunas – alates miniatuursetest töölauanäidistest vidinate laadimiseks kuni tööstusliku mastaabiga päikeseelektrijaamadeni. Klaasist energiakuule saab paigaldada majade katustele ja integreerida isegi hoonete seintesse. Umbes aasta tagasi käivitas Brossel oma leiutise jaoks raha kogumise kampaania Indiegogo portaalis ja on kogunud juba 230 000 dollarit – peaaegu kaks korda rohkem, kui oli vaja tootmise alustamiseks. Nüüd aga on tema ettevõttel Rawlemon hädasti vaja mikroelektroonika spetsialiste, et arendus ellu viia.

Päikesepaneelid orbiidil

1966. aastal kirjeldas inglise ulmekirjanik Arthur C. Clarke oma raamatus "Tuleviku tunnused" orbiidile asetatud ja Maale energiat edastavate päikesekiirte "lõkse". Siis tundus see midagi uskumatut. Ja nüüd, pool sajandit hiljem, võtab tehnoloogia realistliku kuju. Viies element on juba rääkinud Mitsubishi Heavy Industriesi edukast eksperimendist edastada mikrolainete abil 10 kW elektrit üle 500 meetri ja Venemaa riigikorporatsiooni Rosteci sarnasest kogemusest. Seni on läbitavad vahemaad kaugel kosmilistest mõõtmetest. Needsamad jaapanlased väidavad aga, et juba järgmisel aastal saadavad nad orbiidile esimese päikeseenergiat Maale edastava satelliidi ning loovad 2025. aastaks täisväärtusliku orbitaalenergia tähtkuju.

Kosmose "puri" kogub päikesetuuleenergiat

Elektri tootmine päikesevalguse või maa tuule energiast on fait accompli. Meie täht toimib aga teise võimsa, kuid seni hüljatud energialiigi – päikesetuule – allikana. Jutt on megaioniseeritud osakeste voost, mis lendab päikesekroonist kosmosesse kiirusega 300–1200 km/s. See asi on "vägevam kui Goethe Faust" ja kindlasti võimsam kui footonite voog, mida nimetatakse päikesevalguseks. Mitu aastat tagasi avaldas rühm Washingtoni osariigi ülikooli teadlasi ajakirjas International Journal of Astrobiology ulatusliku artikli, milles kirjeldati selle päikesetuule kogumise tehnoloogiat. Ameeriklased tegid ettepaneku saata kosmosesse satelliitide süsteem, mis on varustatud spetsiaalsete "purjedega", mis tõmbavad elektromagnetväljaga ioniseeritud osakesi. Põld omakorda moodustub kuni poole miili pikkuse vasktraadi ümber. Teadlaste sõnul maksavad sellised satelliidid ise mitu korda vähem kui tavaliste päikesepaneelidega varustatud, sest vask on ränist odavam. Samas oleks nende lennukite tootlikkus lihtsalt koletu – 100 miljardit korda rohkem, kui kogu meie planeet täna tarbib. Projekti elluviimist takistavad aga hetkel mitmed lahendamata tehnilised probleemid. Esiteks on sellise suurusega “päikesepurjede” ehitamine ja kosmosesse lennutamine äärmiselt keeruline. Teiseks ei võimalda kaasaegsed laserid energiat nii suurte vahemaade taha edastada.

Tuulegeneraator ilma labadeta

Väljendit “Uus on hästi unustatud ja veidi muudetud vana” saab täielikult rakendada taastuvenergia kohta. Selle näiteks on Ameerika ettevõtte Solar Aero Research välja töötatud labadeta tuuleturbiin. Selle looja ja ettevõtte juhi Howard Fulleri auks nimetatakse seda Fuller Wind Turbine'iks. Tuuleturbiin põhineb veidi muudetud Nikola Tesla turbiinil, mis võeti kasutusele juba 1913. aastal. Korraga tuli Teslal ideele "püüda" sissetuleva vedeliku või gaasi energia õhukeste metallketaste abil, mis on eraldatud väikeste vahedega. Fuller varustas kettad tiivakujuliste vahetükkidega, mis suurendas oluliselt süsteemi efektiivsust. Ta pani turbiini enda kasti, mis püüdis õhku ja suunas selle voolu ketastele.

Miks on Fuller Turbine'il potentsiaali asendada traditsioonilised tuuleturbiinid ja saada tuuleenergia tulevikuks? Sellel on mitu põhjust. Esiteks on see täiesti vaikne, teiseks on see lindudele ohutu ja lõpuks, kolmandaks, sarnase efektiivsusega on see umbes kolmandiku võrra odavam.

Muundur, mis kogub energiat aeglastest vooludest

Siiani on hüdroenergia kõige tõhusam taastuvenergia allikas. Kuid praegusel kujul on sellel ka mitmeid olulisi puudusi. Ühest küljest mõjutab jõgede blokeerimine paratamatult keskkonda. Seevastu tänapäevased veeturbiinid on efektiivsed 5–6-sõlmese veekiirusel, samas kui enamiku ookeani- ja jõehoovuste kiirus ei ületa kahte sõlme. Michigani ülikooli professor Michael Bernitas on välja töötanud seadme nimega VIVACE, mis suudab aeglastest vooludest energiat eraldada. Nimetus on huvitav: VIVACE on nii muusikaline termin, mis kirjeldab muusika esituse elavat olemust, kui ka lühend sõnast Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy (keeriste tekkest põhjustatud vibratsiooni kasutamine veepõhise keskkonnasõbraliku energia tootmiseks). Kuid veelgi huvitavam on seadme tööpõhimõte. Prototüüp on sile silinder, mis on kinnitatud vedru külge ja riputatud veejoas. See kuju tekitab turbulentsi, mis surub silindrit üles ja alla. Vee mehaaniline energia muundatakse elektriks. Mõnest sellisest silindrist piisab ankrus oleva laeva toiteks ja mitusada, näiteks jõe põhja kinnitatud, suudavad varustada elektrienergiaga tervet linna. Samas ei kahjustaks see vee taimestikku ja loomastikku. Kui sellise tehnoloogia abil rakendataks vähemalt 0,1% maailma ookeani energiast, oleks Bernitase arvutuste kohaselt inimkonna elektrivarustuse küsimus igaveseks lahendatud.

Vahepeal katsetab teadlane USA energeetikaministeeriumi ja mitmete teadusfondide toel pilootprojekti Detroidi jõel.

Ja kuigi päikesepaneelide nägemine katustel muutub üha tavalisemaks, on elamutuulikud endiselt üsna haruldane nähtus. Kui Rotterdamis asuv tehnoloogiaettevõte The Archimedes suudab tõestada oma...

Ja kuigi päikesepaneelide nägemine katustel muutub üha tavalisemaks, on elamutuulikud endiselt üsna haruldane nähtus. Kui Rotterdamis asuv tehnoloogiaettevõte The Archimedes suudab tõestada oma arengu elujõulisust, võib majapidamismaastik peagi muutuda. 27. mail avalikustas ettevõte ametlikult oma Liam F1 Urban Wind Turbine'i, mille väljundvõimsus on tema sõnul 80 protsenti teoreetilisest maksimumist. See on üsna julge väide, kui arvestada, et enamiku kaubanduslike tuuleturbiinide väärtus on 25–50 protsenti tehnoloogia maksimumist.

Turbiin kaalub 75 kilogrammi (165 naela), selle läbimõõt on 1,5 meetrit (5 jalga) ja see ei näe kindlasti välja nagu tüüpiline tuuleturbiin. Selle kuju meenutab nautilust ja kruvipumpa, mille leiutas Vana-Kreeka matemaatik Archimedes Sürakuusast.

Väidetavalt annab see vormitegur minimaalse mehaanilise takistuse, võimaldades turbiinil vabalt ja vaikselt pöörlema ​​hakata – labade müra on peamine takistus turbiinide katustele paigaldamisel. Lisaks on turbiin projekteeritud nii, et see oleks maksimaalse tulemuse saavutamiseks alati allatuult.

Lisaks lubadusele, et turbiin suudab saavutada 80 protsenti Betzi seaduse piirist, väidab Archimedes, et Liam F1 toodab keskmiselt 1500 kilovatt-tundi energiat aastas tuule kiirusel 5 m/s, mis moodustab poole võrra. keskmise leibkonna võimsust. Ütlematagi selge, et on huvitav näha, mida sõltumatu testimine selle kohta ütleb. Ettevõte ütleb, et on testinud Liam F1 rohkem kui 50 korda, et kinnitada selle tõhusust ja müünud ​​juba 7000 turbiini 14 riigis.

Tuulik muutub loojate sõnul oluliselt tõhusamaks kui enamik olemasolevaid tuulikuid

Liam F1 Urban Wind Turbine tuleb aga ametlikult müügile alles alates 1. juulist. Hinnad on aga teada juba täna – ettevõtte ametlikul kodulehel on teade, et nende maksumuseks kujuneb 3999 € (umbes 5450 $).

Liam F1 Urban Wind Turbine töös

Tuuleläätsed on Jaapani teadlaste uuenduslik arendus. Tuulelääts toimib sarnaselt suurendusklaasiga, välja arvatud see, et valguse teravustamise asemel fokusseerib tuulelääts, mis on sissepoole kaarduv rõngas ümber turbiinilabade ümbermõõdu, kui need pöörlevad, suunates ja kiirendades õhuvoolu, kui see siseneb tera piirkond. Objektiivi läbimõõt on 112 meetrit.

Tuuleklaas koosneb sisselaske juhtotsikust, difuusorist ja välisservast. Difuusori ja tuuleläätse välisserva tekitatud tugevad pöörisvoolud tekitavad turbiinist väljapoole madalrõhuala. See suurendab rõhkude erinevust, mis võimaldab tuuleläätsesse suunata rohkem tuult. Rohkem õhku annab rohkem energiat. Teadlased väidavad, et see meetod võib suurendada tuuleturbiini toodetud võimsust, vähendades samal ajal müra.

Püüdes edendada tuuleläätsede ideed avamerel, lõi meeskond nende toetamiseks kuusnurkse kujuga ujuvplatvormid. Platvorme saab kombineerida mesitarukujuliseks struktuuriks.

Joon.6.3. Tuule läätsed

Tuuleläätsede paigutamine Jaapani ranniku lähedal asuvatele ujuvplatvormidele suurendab lähitulevikus oluliselt elektri tootmist. 2011. aasta märtsis algasid Jaapani Kyushu ülikooli ülikoolilinnakus katsed tuuleläätsedega - uuendusliku tuuleturbiinide süsteemiga, mis suudab toota 2-3 korda rohkem elektrit kui traditsioonilised tuuleturbiinid ja vähendab oluliselt "tuuleelektri" hinda. . See tehnoloogia alandab ilma täiendavate subsiidiumideta tuule hinna alla tuumakütuse ja kivisöe omahinna.

Tuulegeneraator ilma labadeta

Labadeta tuulegeneraator on uue toote üks peamisi eeliseid, selle loojate sõnul on võime töötada väga laias tuulekiiruse vahemikus. Teine eelis on kompaktsus. (Joonis 6.4.)

Riis. 6.4. 10 kW näidis

Ebatavaline tuulik hakkab tootja sõnul maksma kolmandiku võrra vähem kui sama võimsusega klassikalised tuulikud ning uue turbiini energia hind on võrreldav pistikupesast saadava elektrienergia hinnaga.

Teradeta tuuleveski leiutaja ja patendiomanik on Solar Aero president Howard Fuller. Ettevõte nimetab uut paigaldust Fuller Wind Turbine'iks.

See seade põhineb veidi muudetud Tesla turbiinil, mis leiutati 1913. aastal.

Tesla turbiin on paljude õhukeste metallketaste kogum, mis on eraldatud väikeste vahedega. Töövedeliku või gaasi vool tuleb ketaste välisservast ja liigub läbi vahede keskele, keerates ja haarates kettaid endid piirikihi efekti tõttu kaasa. Keskel väljub vool läbi aksiaalse ava.

Fulleri turbiini puhul eraldavad kettad tiivakujulised vahetükid, mis parandab voolu ja lisaks tekitab võllile täiendavat pöördemomenti. Turbiin ise on paigaldatud karpi, mis püüab õhku, et sundida selle voolu pöörlevatele ketastele.

Ettevõtte hinnangul maksab Fuller Wind Turbine masstootmises umbes 1,5 dollarit väljundvõimsuse vati kohta ja sellisest paigaldist saadav elekter maksab ostjale umbes 0,12 dollarit kilovatt-tunni kohta.

Ameerika ettevõte Solar Aero Research on loonud Fulleri labadeta turbiini. Firma hinnangul on leiutis kompaktne ja odav – 1/3 võrra odavam kui sama võimsusega klassikalised tuulikud.

Tuuleturbiin põhineb modifitseeritud Tesla turbiin(Tesla turbiin), mis leiutati 1913. aastal aurust või suruõhust energia tootmiseks. Tesla turbiin- Need on paljud õhukesed metallkettad, mis on eraldatud väikeste vahedega. Töövedeliku või gaasi vool tuleb ketaste välisservast ja liigub läbi vahede keskele, keerates ja haarates kettaid endid piirkihiefekti tõttu kaasa. Keskel väljub vool läbi aksiaalse ava.

Fuller Tuuleturbiinis (Tesla turbiin) kettad on eraldatud tiivakujuliste vahetükkidega - see parandab voolu ja loob võllile täiendava pöördemomendi. Turbiin ise on paigaldatud karpi, mis püüab õhku, et sundida selle voolu pöörlevatele ketastele.