s vindkraft företag vågar sig i allt djupare vatten, kan den traditionella vindmølle-turbinen inte vara den mest lämpliga lösningen. Det är dags att titta på alternativ.

Vindkraftverk traditionellt haft blad som roterar kring en horisontell axel, och detta har varit standard i moderna vindkraftverk. Konventionella horisontell axel vindkraftverk (HAWTs) kom att dominera marknaden vindkraft, både på land och i grunt vatten offshore.

Men de bästa vindkraftparkerna finns ofta i djupare hav, långt ifrån vindhinder, sjöfartar, nimbys och flyttfåglar. Stödkonstruktioner fasta fast vid havsbotten kan inte vara ekonomiskt bärkraftiga i djup utöver 50m, så ingenjörerna istället vänder sig till flytande fundament.

Det här är väldigt olika förutsättningar att generera el från vind, vilket har inneburit ett återkommande intresse för alternativa vindkraftverkskonfigurationer. Som vi rapporterar in Filosofiska transaktioner av Royal Society Att anta en vertikal rotationsaxel är ett sådant alternativ. Dessa turbiner, som alltid står inför vinden, är kända som vertikala vindkraftverk (VAWT).

Stabila strukturer

Traditionella horisontell axel turbiner är mycket topp-tung, med bladen och den utrustning som genererar kraft nödvändigtvis fäst vid toppen av tornet. I en stor offshore turbin denna del kan väga flera hundra ton och vara runt 100m över havet.

I en vertikal-axelsturbin kan generationssystemen ligga i en mycket lägre höjd, till och med rätt vid tornets botten. Det betyder att VAWT har en mycket lägre tyngdpunkt.

På flytande stöd är denna fördel förstorad - tänk bara på hur stabil du är när du sitter i en kanot istället för att stå på den.

Att sänka generatorer gör dem också mycket mer tillgängliga och lättare att underhålla eller ersätta. Till exempel, med en VAWT-arbetare behöver man bara klättra ett kort avstånd till tillträdesmaskiner istället för att klättra upp ett 100m-torn som ständigt rör sig.

Storlek spelar roll

I allmänhet större vindkraftverk producerar billigare el. Detta har lett till turbiner blir allt större och mer kraftfull, särskilt till havs där 50m blad är nu rutin och vissa är till och med mycket större.

Men sådana horisontellt roterande jättar kan snart nå sin gräns. Om bladets axel beaktas, när detta blad är horisontellt, kommer gravitationsstyrkan att vara vinkelrätt mot den, men när bladet är vertikalt (uppåt) kommer gravitationsstyrkan att vara parallell med axeln och peka mot bladets rotor. Slutligen, när bladet är vertikalt igen (nedåt), kommer tyngdkraften att vara parallell med bladaxeln, men pekar nu mot spetsen. Några studier sakens oscillerande gravitations belastning begränsar storleken av horisontella axeln turbiner.

Vertikala axlarna löser detta problem eftersom de, när de roterar, upplever en konstant gravitationskraft, alltid i samma riktning. Utan stress att hålla upp 80m metallblad i ena änden, kan VAWTs potentiellt bli mycket större.

Forskning har också visat vertikala vindkraftverk kan placeras närmare varandra i en vindkraftpark. Så för ett visst område, kan fler VAWTs installeras, och mer elproduktion än om HAWTs användes, vilket minskar kostnaden för el.

Axis Revolution

Så nu uppstår den uppenbara frågan: varför har VAWT ännu inte använts om de är så fördelaktiga? Huvudskälet är att det fortfarande är en ny teknik. Även om forskare har tittat på vertikala axlar i årtionden, gick tekniken bakom på grund av främst begränsningar av material och bärsystem. Investerare ser fortfarande den kända tekniken som en säker satsning och även när man tittar på djuphavsvinden har de varit mer benägna att stödja horisontella axlar på flytande plattformar.

Men både regeringar och framsynta företag satsar nu på den potential som VAWTs för djuphavshavsbaserad vindkraft. De nova-projektet, som finansierades av den brittiska regeringen, visade att den vertikala axeln offshore var kommersiellt lönsam. Sandia National Laboratories, med stöd av den amerikanska energiavdelningen, och olika EU-stödda projekt har också stött på tekniken.

Industriella företag som den brittiska VertAx Wind eller Norges Gwind följer också kostym genom utveckling av olika begrepp. Det franska företaget Nenuphar driver fram sin VAWT-design, med planer (bild på toppen av den här artikeln) för att installera den första flytande vindkraftparken utanför Marseilles kust.

Med ökande efterfrågan på energi är vi skyldiga att undersöka alla möjliga lösningar. Vindkraftverk med vertikala axlar i djuphavet har en stark potential att vara en av dessa lösningar.

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen
Läs ursprungliga artikeln.

Om Författarna

Maurizio Collu är lektor, Offshore Renewable Energy Centre vid Cranfield University. Dr Collu är kursföreståndare för Advanced Mechanical Engineering MSc, och en föreläsare i strömningsmekanik och laddas, CEng, MRINA och MEI. Han är särskilt engagerad i den konceptuella och preliminär design av offshore stödstrukturer för den framväxande flytande vindkraftindustrin.

Michael Borg genomför för närvarande postdoktoral forskning inom Institutionen för vindkraft vid Danmarks Tekniska Universitet på flytande vertikalt vindkraftverk koncept som stöds av EU-finansierade DeepWind och inflöde projekt.

Rekommenderad bok:

Naturens förmögenhet: Hur företag och samhälle trivs genom att investera i naturen
av Mark R. Tercek och Jonathan S. Adams.

Vad är naturens värde? Svaret på den här frågan - som traditionellt har utformats miljömässigt - revolutionerar hur vi gör affärer. I Naturens förmögenhetMark Tercek, VD för Nature Conservancy och tidigare investeringsbanker, och vetenskapsförfattaren Jonathan Adams hävdar att naturen inte bara är grunden för människors välbefinnande, utan också den smartaste kommersiella investeringen som någon företag eller regering kan göra. Skogen, floodplains och oyster rev som ofta ses som råvaror eller som hinder att rensas i namnet på framsteg är faktiskt lika viktiga för vår framtida välstånd som teknik eller lag eller affärsinnovation. Naturens förmögenhet erbjuder en väsentlig guide till världens ekonomiska och miljömässiga välbefinnande.

Klicka här för mer info och / eller för att beställa boken på Amazon.