hirdetés
hirdetés

A Savonius-keréktől az elektromos fánkig

A szélenergia az egyik leggyorsabban növekvő megújuló energiaforrás, amely fenntartható működésű, de közel sem tökéletes. A szélturbinák hatalmas mérete és mozgó alkatrészeik nehézkessé teszik a telepítésüket, és a karbantartásuk sem egyszerű. Vajon van rá lehetőség, hogy sokkal kisebbek és veszélytelenebbek legyenek ezek a szélenergiát kihasználó eszközök? Ezt vizsgáljuk a szélenergia és a turbinák jövőjébe bepillantást engedő cikkünkben.

hirdetés

Nem nehéz belátni, hogy a napenergia mellett a szélenergia a világ minden táján fontos szerepet játszik a fosszilis üzemanyagok szén-dioxid-kibocsátásának csökkentésében. A legfrissebb globális széljelentés szerint 93 gigawatt új globális szélerőmű-kapacitást telepítettek 2020-ban, élen az Egyesült Államokkal és Kínával.

Jelenleg világszerte 743 gigawatt energia szélerőmű-kapacitást telepítettek összesen, ez olyan zöld energiaforrás, amely a legnagyobb dekarbonizációs potenciállal rendelkezik megawattonként, és nagyjából 1,1 milliárd tonna szén-dioxid-kibocsátást segít elkerülni globálisan.

A szélturbinák fejtörést és kihívásokat is okoznak

A szél kiaknázása magas befektetési költségekkel jár, ez a típusú energiatermelés nem annyira költséghatékony a kis méretű létesítmények, irodaházak, vállalkozások, otthonok számára, mint nagyszabású társaik esetében.

A szélerőművek építése az élővilágra is hatással van. Évente nagyszámú madarat és denevért pusztítanak el – persze kontextusában nézve ezeket az arányokat kissé felfújják. Az amerikai Hal- és Vadvédelmi Szolgálat becslései szerint évente 140-500 ezer madár pusztul el a szélerőművekben. Összehasonlítva a 2,4 milliárd szárnyassal, amelyeket az Egyesült Államokban évente elpusztítanak a háziasított macskák, vagy azzal az egymilliárd madárral, amelyek az ablakoknak repülés következtében hullanak el, ez nem is tűnik olyan nagy számnak. Ráadásul már vannak egyszerű megoldások, amelyek hatékonynak bizonyulnak a madarak védelmében, például a szélturbina pengelapátjainak feketére festése.

Emellett pedig ott van az a tény is, hogy a szélturbinák sok-sok mozgó alkatrésszel rendelkeznek, például a sebességváltóval, amelyek rendszeres karbantartást igényelnek. Évente két-három alkalommal ellenőrizni kell azokat, és itt lép színre a szilárdtest-alapú szélerőmű.

Elektrosztatikus szélenergia-átalakító

2013-ban a holland Delft Műszaki Egyetem kutatói felszámolták a mozgó mechanikai alkatrészek szükségességét, és létrehozták az EWICON-t, amely elektrosztatikus szélenergia-átalakító, elindítva ezzel az ionszélgenerátor-koncepció fejlesztését. Ez a szerkezet lényegesen alacsonyabb karbantartási költségekkel bír, kevesebb kopóalkatrészt tartalmaz, és kisebb zajproblémát okoz, mint hagyományos társai.

Az elektromos áramot vékony fémcsövek által létrehozott elektromos mezők és a csövekből kifúvott vízpermet segítségével állítják elő. A szél vízcseppeket hoz létre, amelyek a pozitív elektródák felé haladnak, növelve potenciáljukat pedig energia képződik, amit össze lehet gyűjteni.

Ennek az ötletnek nyilvánvaló hátránya, hogy vízre támaszkodik, tehát a telepítéséhez vízvezeték is szükséges, amely technológiai eszköz fagyos hőmérsékleten nem működik. De van még egy fejlesztés, amelyet szilárdtest szélenergia-transzformátornak neveznek (SWET), ezt Richard Epstein fejlesztette ki. Megközelítése nagyon hasonlít az előzőhöz, de a víz helyett az ionáramot használja villamos energia előállítására – ezt a folyamatot elektro-hidrodinamikának nevezik.

Richard Epstein a prototípust 55 párhuzamos alumíniumhuzal sorozataként írta le, amelyek két 8,5 méter magas faárboc közé voltak felfűzve, és amelyeket egy lapos tetőn mintegy 8 méter választ el egymástól, miközben az összes vezetéket elektromosan leválasztották az árbocokról. A prototípusban kétféle huzal létezett: vonzóhuzalok, amelyek sima huzalok voltak, és emitterhuzalok, amelyek kb. 15 centiméterenként kis, 7 mikrométer átmérőjű szénszálcsomókat tartalmaztak. Amikor kis negatív áramok áramlanak át az emittervezetékeken, a csomók koronakisülést hoznak létre, negatív ionokat engedve a levegőbe. (Az ionos légtisztítóra hasonló elven működik.) A vezetékek mellett is fújó szél magában hordozza a negatív ionokat, és a tömb enyhe pozitív töltést kap. Ez az elektronok áramlását okozza, amelyek áramként gyűjthetők össze.

Az EWICON elveit alkalmazva a holland Windwheel Corporation 160-180 méter magas épületet fejleszt Rotterdamban, amely innen nézve pont úgy néz ki, mint egy gigantikus fánk. Az épületben lévő lyuk a fent leírt szilárdtest-energiatermelést fogja működtetni. A szerkezet célja több környezetbarát technológia integrálása, ideértve az esővíz befogását, a víz szűrését és a napenergia hasznosítását. Nem is beszélve az apartmanokról, a szállodáról és a várhatóan pazar kilátásról. Az épületet valamikor 2022 és 2025 között tervezik felhúzni.

Örvényindukált rezgéses szélgenerátor

Léteznek más technológiák, amelyek hamarabb elérhetik a lakossági és kis közületi felhasználókat. Ilyen például a spanyol energetikai fejlesztőkből álló Vortex Bladeless, amely egy mozgó alkatrész nélküli szélgenerátort fejlesztett ki, semmi pörgés-forgás, csak a méretes rúd rezgéséből állítanának elő energiát.

A pengétlen szélturbina a szél energiáját egy rezonanciajelenséggel fogja el, amelyet egy örvénykibocsátásnak nevezett aerodinamikai hatás vált ki. Minden testnek vagy szerkezetnek természetes frekvenciája van. Ha ezeknek az örvényeknek a frekvenciája elég közel van a test szerkezeti frekvenciájához, akkor rezegni kezd, és rezonál a széllel. Ezt Vortex-indukált vibrációnak (VIV) is nevezik. Egy-egy ilyen felépítmény csak bizonyos frekvencián rezeg, egy bizonyos szélsebesség mellett, viszont egy mágneses megoldással elérhető, hogy ezek a rudak sokkal érzékenyebben reagáljanak a szelek váltakozására, gyakoribb rezgést kiváltva. A cég szerint technológiájukkal 40 százalékkal lehet csökkenteni az energia előállításának költségét a hagyományos szélturbinákhoz képest.

A 2,75 méter magas Vortex Tacoma becsült névleges teljesítménye 100 watt, és a vállalat azt várja, hogy a Vortex Tacoma-modellek ára hasonló legyen, mint a közepes árfekvésű napelemeké.

Savonius-kerék

Ha már megérkeztünk a lakossági és kisfogyasztók szélenergia-felhasználási lehetőségéhez, mutassunk be egy 99 éves technológiát, amely alapján az Icewind izlandi cég a Freya CCW100 energiatermelő eszközt tervezte. Ezt az Egyesült Államokban nagy tételben forgalmazza is alacsony költsége miatt. A széliránytól függetlenül képesek működni, és a turbina lapátjainak nincs szükségük a szögek megváltoztatására szolgáló mechanizmusra sem, sokkal inkább madár- és denevérbarát megoldás, mint a hagyományos háromlapátos turbinák.

A Savonius-kerék a függőleges tengelyű szélturbinák egy fajtája, segítségével a szél ereje forgatónyomatékká alakítható. S. J. Savonius finn mérnök találta fel 1922-ben. A Savonius-kerék egyike a legegyszerűbb szélkerekeknek. Aerodinamikai szempontból tolólapátos szerkezet, két vagy három lapáttal.

A Freyát úgy tervezték, hogy tartós teljesítmény mellett, szinte karbantartás nélkül több mint 25 évig működjön. Ez az 1,5 méter magas turbina képes ellenállni a másodpercenként 60 méteres (az 216 kilométer óránként) szélsebességnek, és akár 600 wattot is termelhet. Amerikában ez a típusú turbina az inverterrel 4 ezer dollár körüli áron kiépíthető, míg a 600 watt energia megtermeléséhez elegendő napelemek költsége úgy 2000 dollár lenne. A szélturbina valamivel drágább, de biztosítja az éjszakai áramtermelés lehetőségét is.

Hordozható szélturbina

A Halcium, a utahi Salt Lake Cityben működő startup reméli, hogy egy hordozható szélturbina lesz a következő nagy újítás a zöld energetika terén. A vállalat kifejlesztette a PowerPodot, amely egy kis méretű szélturbina, kifejezetten városi használatra.

Bár a PowerPod rendelkezik pengerendszerrel, teljes egészében egy konténerszerű, álló héjban található, így biztonságos a gyerekek, háziállatok és a vadon élő állatok számára, mivel nincsenek külső mozgó alkatrészei. A szélgenerátor alakjának köszönhetően bármelyik és változó irányból vagy akár több irányból is képes egyszerre összegyűjteni a szelet. Egy 1 kilowatt teljesítményű szélturbina akár háromszor nagyobb teljesítményt termel, mint egy normál, hasonló méretű és söpört területű turbina. Ez az extra erő a fej fejlett pengerendszerének köszönhető, amely 40 százalékkal növeli a beáramló szélsebességet. A PowerPod gyakorlatilag beszívja a levegőt, és egy kisebb járaton át tölti be, ami felgyorsítja a szelet, mielőtt eltalálja a belső pengét, amelyet meghajt. Az eszköz bárhova felszerelhető, önállóan csatlakoztatható bármilyen épülethez.

Nick Hodges, a Halcium alapítója készített egy térképet, amely bemutatja az 1 kilowattos PowerPod által generált átlagos napi teljesítményt, összehasonlítva az 1 kilowattos napelemes rendszerrel a világ különböző részein. A legtöbb városban a PowerPod ugyanolyan vagy annál nagyobb teljesítményt nyújt, mint egy hagyományos 1 kilowattos napelemes rendszer.

Mint láthatjuk, a szélenergia-termelés nem korlátozódik a hagyományos háromlapátos turbinákra, amelyeket mindenhol látni szoktunk, de a kisfelhasználók, közületek számára közvetlenül nem elérhető. Ezek az innovatív, kis méretű, alacsonyabb karbantartási igényű szélgenerátorok, amelyekben nincsenek vagy rejtettek a mozgó alkatrészek, ígéretesek, és az elkövetkező években valószínűleg több ilyen alternatívát fogunk látni az irodaházak, sőt az otthonok tetején is.

Trapp Henci
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés