Вітроенергетика стрімко розвивається, але традиційні величезні турбіни з лопатями — не єдиний спосіб перетворювати силу вітру на електрику. Інженери по всьому світу створюють альтернативні рішення, які можуть змінити наше уявлення про відновлювальну енергію.
Проблеми традиційних вітрових турбінСучасні вітрові електростанції справді допомагають боротися зі зміною клімату — вони щорічно запобігають викиду понад 1,1 мільярда тонн CO2. Однак у 2020 році світ встановив 93 ГВт нових потужностей, що на 53% більше порівняно з попереднім роком, і це виявило слабкі місця технології.
Традиційні турбіни вимагають великих початкових інвестицій через складну механіку та необхідність міцного фундаменту. Їхні редуктори потребують регулярного обслуговування, а величезні розміри унеможливлюють встановлення в містах або на приватних будинках. На відміну від сонячних панелей, які перетворюють кожного власника на міні-електростанцію, вітроенергетика досі залишається централізованою.
Vortex Bladeless: коливання замість обертанняІспанський стартап Vortex Bladeless розробив генератор заввишки близько 3 метрів,
який використовує ефект вихрового зриву. Принцип роботи базується на резонансній частоті — явищі, коли об’єкт коливається з максимальною амплітудою при певній частоті збурення.
Коли вітер обтікає циліндр, утворюються вихори, які змушують конструкцію коливатися. Зовнішній циліндр рухається відносно зафіксованого стрижня всередині, генеруючи електрику через альтернатор. Ці “небесні вібратори” виробляють лише 30% потужності традиційних турбін, але їхня собівартість енергії на 30-45% нижча.
Головна перевага — компактність. Завдяки мінімальним розмірам такі генератори можна розміщувати там, де потрібна електрика, скорочуючи втрати при передачі. За словами співзасновника компанії Давіда Яньєса, мета не замінити традиційні турбіни, а заповнити нішу, яку вони не охоплюють.
EWICON: електростатичний перетворювачТехнологія EWICON (Electrostatic Wind Energy Converter) використовує заряджені крапельки води замість механічних деталей. Конструкція нагадує гігантську тенісну ракетку з 40 рядами ізольованих трубок, кожна з яких містить електроди та форсунки.
Форсунки розпилюють позитивно заряджені частинки води,
які природно прагнуть до негативних електродів. Коли вітер відносить частинки, їхня потенціальна енергія зростає — як при підніманні вантажу проти гравітації. Зміна напруги створює електричне поле, яке можна передавати в мережу.
Експеримент Делфтського технологічного університету показав, що одна форсунка виробляє 2,1 мВт, розпилюючи 20 мл суміші води та етанолу на годину. Для отримання 1 кВт потрібен пристрій з понад 500 форсунками на площі 14 квадратних метрів.
Нідерландська компанія Dutch Windwheel Corporation планує інтегрувати EWICON у 160-180-метрову вежу в Роттердамі, яка поєднає збір дощової води, сонячні панелі та житлові приміщення. Однак залежність від води — слабке місце технології, особливо в регіонах із морозами чи посухами.
SWET: іонізація повітря без водиТехнологія SWET (Solid-State Wind Energy Transformation) схожа на EWICON, але використовує коронний розряд для створення негативних іонів повітря замість крапель води.
Прототип Річарда Епстайна з Університету Нью-Мексико складається з 55 алюмінієвих дротів між двома 8,5-метровими стовпами. 20 дротів-емітерів мають вуглецеві “волоски” діаметром 7 мікрометрів.
Через них проходить негативний струм, який створює коронний розряд і викидає плазму — іони потрапляють у повітря.
Вітер відносить частинки, залишаючи масив злегка позитивно зарядженим. Електрони надходять із землі, і цей потік можна збирати як електрику. Поки що прототип виробляє лише 1/20 вата, але теоретично потужність можна збільшити, додавши більше емітерів.
Вертикальні турбіни для будинківВертикально-осьові турбіни (VAWT) мають лопаті, але розташовані вони вертикально. Така конструкція менш ефективна, ніж традиційна, але працює незалежно від напрямку вітру.
Німецька Luvside та ісландська Icewind випускають VAWT для комерційного та приватного використання. Перша виробляє близько 367 Вт при швидкості вітру до 7 м/с. Мета — створити вітровий еквівалент домашніх сонячних панелей.
Halcium Power Pod — ще перспективніший варіант для дахів. Компактні турбіни збирають повітряні потоки з будь-якого напрямку, а лопаті захищені зовнішнім корпусом. Пристрій може працювати окремо або разом із сонячними панелями: енергія від сонця вдень, від вітру — вночі або під час шторму.
Компанія планувала випустити модель до кінця 2021 року.
SkySails: енергія на висоті 400 метрівТехнологія SkySails використовує величезні повітряні змії, схожі на ті, що застосовують кайтбордери. Автоматично керовані змії літають на висоті до 400 метрів, малюючи вісімки у повітрі.
Під час підйому змій розмотує трос із наземної лебідки. Тягова сила обертає генератор усередині лебідки, виробляючи електрику. Досягнувши максимального розтягу, автопілот переводить змія в нейтральне положення з мінімальним опором, генератор перемикається в режим двигуна і змотує трос назад.
Геніальність рішення — у використанні потужних вітрів на висотах, недосяжних для звичайних турбін. Навіть якщо біля землі штиль, на висоті сотень метрів може дути сильний вітер.
Децентралізація енергетикиБільшість цих технологій ще в розробці, і важко передбачити, які з них приживуться. Але потенціал домашньої вітроенергетики варто досліджувати — це крок до сталого енергопостачання на всіх рівнях.
Замість гігантських електростанцій майбутнє може належати невеликим дискретним системам, що виглядають як арт-об’єкти. Уявіть: вертикальні турбіни-вертушки біля вокзалів, вихрові генератори на кожному пляжному парасолі, енергетичні змії над містами. Кожен елемент міського середовища може стати джерелом енергії.
Відповідь на питання чистої енергії справді розвівається вітром.
Запис Майбутнє вітроенергетики: турбіни без лопатей та інші революційні технології спершу з'явиться на ProstoMob.
