Rolnik Polski

Piątek
15-12-2017

50 tydzień
Czas zimowy
Kursy walut
 
>Strona główna >O portalu >Regulamin >Reklama >Ogłoszenia >Kontakt
RolnikPolski.pl
home

Wraz z systematycznym rozwojem tradycyjnych farm wiatrowych na świecie, rośnie również zainteresowanie nowymi technologiami i koncepcjami, pozwalającymi zwiększyć efektywność produkcji energii elektrycznej pochodzącej z siły wiatru. Czy już wkrótce będziemy świadkami nowej rewolucji energetycznej?
 
Jedną z najbardziej spektakularnych koncepcji dla energetyki wiatrowej ostatnich lat, która jest obecnie w fazie wnikliwych badań, wysunął amerykański naukowiec z California Institute of Technology (Caltech), profesor aeronautyki i bioinżynierii John Dabiri.
 Dzięki przeprowadzonym eksperymentom na dwuakrowej farmie wiatrowej w Kalifornii, zespół badawczy stwierdził, że w bardzo prosty sposób można zwiększyć nawet 10-krotnie wydajność obecnych turbin wiatrowych. Taki rezultat jest możliwy do osiągnięcia poprzez optymalizację doboru lokalizacji turbin na danym terenie.

Czy dobór lokalizacji elektrowni decyduje o jej efektywności w produkcji energii?
 
Nowoczesne, obecnie budowane elektrownie wiatrowe w głównej mierze wykorzystują wiatraki o poziomych turbinach typu HAWT(Horizontal-axis wind turbines). Jak twierdzi profesor Dabiri, pomimo znaczącego postępu technicznego w tym sektorze, który zwiększył sprawność ich działania, farmy wiatrowe nadal nie wykorzystują całościowo potencjału wiatru, a tym samym są nieefektywne. Stosowane turbiny wymagają umiejscowienia ich w takiej odległości, aby pracujące śmigła nie kolidowały ze sobą nawzajem. Taka kolej rzeczy powoduje, iż fale powietrza generowane przez turbiny wzajemnie interferują co przekłada się na bezpowrotną utratę energii wiatru. Próbując temu zaradzić, projektuje się większe śmigła, a turbiny umiejscawia się na znacznej wysokości (często przekraczającej 100 metrów) co generuje jednak o wiele wyższe koszty oraz dodatkowe problemy inżynieryjne.
 
Z wyliczeń przeprowadzonych przez Caltech wynika, że należy wykorzystywać siłę wiatru na wysokości 10 metrów. Teoretycznie jest on w większości miejsc na świecie na tyle silny, iż nadaje się do efektywnej produkcji „zielonej" energii. Co więcej jest łatwiejszy do zagospodarowania w aspekcie technologicznym.
 Nowatorskie rozwiązanie zakłada skupienie się na projekcie farmy wiatrowej, który zmaksymalizuje efektywność gromadzenia energii bliżej powierzchni gruntu. Do tego celu zespół badawczy wykorzystał poziome turbiny typu VAWT (vertical-axis wind turbines). Wydają się być one idealne ze względu na możliwość usytuowania ich bardzo blisko siebie,  co pozwala na przechwycenie niemal całej energii zawartej w wietrze. W dodatku zauważono poprawę efektywności po zainstalowaniu naprzemiennie turbin o przeciwnym kierunku ruchu wirnika.
 Pierwsze badania odbyły się w 2010 roku i wykorzystano w nich sześć 10-metrowych pionowych turbin o szerokości 1,2m typu VAWT. Celem eksperymentu było zmierzenie prędkości obrotowej i mocy generowanej przez każdą z turbin w różnych konfiguracjach. Jedna z turbin była przymocowana do gruntu na stałe, a reszta wykorzystywała przenośne fundamenty, umożliwiające ich mobilność. Wyniki doświadczenia pokazały, iż instalacja turbin w odległości czterech średnic wirnika (około 5 metrów) od siebie całkowicie eliminuje problem zakłóceń aerodynamicznych pomiędzy sąsiadującymi instalacjami. W przypadku turbin typu HAWT, odległość ta wynosi aż 20 średnic.
 Rezultaty testów okazały się zdumiewające. Sześć turbin typu VAWT było w stanie wygenerować 21-47 watów na każdy metr kwadratowy terenu, na którym stały, gdy dla standardowych wiatraków typu HAWT wynik oscylował w granicach 2-3 watów na metr kwadratowy. Jest to ponad 10-krotny wzrost mocy produkcyjnych.
Jak twierdzi profesor Dabiri „jesteśmy na dobrej drodze, ale nie oznacza to, że misja została zakończona". Dlatego badania są kontynuowane na liczniejszej grupie instalacji wraz z uwzględnieniem możliwości skalowania procesu na większą liczbę turbin. Jeśli projekt zakończy się sukcesem, bez wątpienia będzie to przełomowy krok technologiczny w projektowaniu nowych farm wiatrowych, a to z kolei może przełożyć się na wzrost konkurencyjności globalnego sektora odnawialnych źródeł energii.

Siemens opracował nową turbinę wiatrową o mocy znamionowej 3 megawatów, zastosowano nowatorskie rozwiązanie z bezprzekładniowym napędem generatora. Jej konstrukcja wymaga dwukrotnie mniej części niż turbina z napędem konwencjonalnym, dzięki czemu możliwe jest ograniczenie czynności serwisowych i związanych z nimi kosztów. Pozwoliło to również obniżyć ciężar gondoli do 73 ton. Rozpiętość łopat nowej turbiny wynosi 101 metrów. Prototyp został zainstalowany w ubiegłym roku i przeszedł pomyślne próby. 
Przeprowadzono także eksperyment, który może zmienić podejście do optymalizacji produkcji energii elektrycznej przy wykorzystaniu turbin wiatrowych. Przymocowany do piasty turbiny wiatrowej ECOROTH ma na celu zwiększyć efektywność wykorzystania siły wiatru.

Inżynierowie z firmy GE wykorzystali podstawową, powszechnie obowiązującą zasadę - mniejsza siła do wprawienia w ruch wiatraka jest potrzebna gdy przyłożenie następuję w dalszym punkcie od piasty. Tym samym zamontowanie EcoROTH (ang. Energy Capture Optimization Revolutionary Onboard Turbine Reshape) kieruje wiatr do końców łopat, co pozwala na lepsze jego wykorzystanie. Doświadczenie zostało przeprowadzone w miejscowości Tehachapi w stanie Kalifornia w Stanach Zjednoczonych.

Na podstawie pierwszych wyników można wysnuć wniosek, że zastosowanie EcoROTH pozwala na zwiększenie ilości produkowanej energii o ok. 3%. Jednak jak zapewniają inżynierowie to dopiero początek badań. Obecnie wiadomo, że im większe turbiny, tym wyższa wydajność, jednak limitującym czynnikiem są ograniczenia w montażu łopat do piasty. Wykorzystanie EcoROTH w turbinach może poprawić również ten mankament, a co za tym idzie pozytywnie wpłynąć na rozwój technologii wiatrowych.

Składane łopaty turbin - droga do większej efektywności?

Amerykańscy naukowcy z Sandia Natoional Laboratories, wraz z współpracującymi uczelniami i firmami, opracowali zupełnie nowatorskie składane wirniki dla turbin wiatrowych. Ich głównym zastosowaniem ma być instalacja w morskich farmach wiatrowych, gdzie z uwagi na trudności technologiczne instalacji buduje się raczej duże turbiny wiatrowe. Tego rodzaju konstrukcje są nie tylko kosztowne, ale też podatne na uszkodzenia przez silne wiatry występujące na morzu.

Rozwiązaniem problemu zbyt silnych wiatrów, mogą być składane łopaty turbin. Właśnie taki system opracowali naukowcy z SNL we współpracy z University of Illinois, University of Colorado, the Colorado School of Mines, National Renewable Energy Laboratory oraz firmami Dominion Resources, General Electric, Siemens i Vestas. Wzorowane na palmowych liściach Segmented Ultralight Morphing Rotors (SUMR) ustawiane są nie pod wiatr jak typowe turbiny, a z wiatrem. Zachowują się ona jak liście palmy - są elastyczne i po prostu składają się, gdy wiatr jest zbyt silny, co zapobiega ich uszkodzeniu.
Na opracowanie opisywanej technologii przeznaczono grant w wysokości 3,56 miliona dolarów przyznany przez Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Amerykańskiego Departamentu Energii. Grant ten jest częścią większego projektu Agencji, która przeznaczyła 125 milionów na 41 rozmaitych projektów z zakresu energetyki.

Opracowywana turbina wyposażona jest w łopaty o długości 100 metrów. Szacuje się, że każda taka turbina będzie w stanie dostarczyć około 50 MW energii elektrycznej. Dzięki mniejszej awaryjności przy dużym nasileniu wiatru turbiny te będą tańsze w utrzymaniu, a dzięki bardzo lekkiej konstrukcji łopat SUMR możliwy jest ich montaż z segmentów na miejscu, co pozwala istotnie zmniejszyć koszty i problemy techniczne z ich instalacją na morzu. Inwestorzy są bardzo skłonni do stawiania tego rodzaju turbin wiatrowych u wybrzeży USA - to doskonałe miejsce na taką inwestycję, ale z uwagi na intensywne sztormy, nikt nie chce instalować tam klasycznych turbin, tylko po to aby stracić milionowe inwestycje, podczas jednego z nich. SUMR daje bardzo kuszącą alternatywę.

Profesor Eric Loth, odpowiedzialny za projekt, komentuje: "Liście palm zawdzięczają swoją wytrzymałość lekkiej budowie i segmentowaniu, które pozwala uginać im się na wietrze. Po prostu 'lecą z wiatrem'. Podobnie robi nasza turbina, może ona zmieniać swoją geometrię włącznie z pełnym złożeniem łopat w sytuacji huraganowego wiatru. Mamy nadzieję, że nasz projekt pozwoli pokonać technologiczną barierę i Stany Zjednoczone staną się liderem jeśli chodzi o wykorzystanie energii wiatrowej".

 


Energetyka wiatrowa - niski koszt wytworzenia energii na wyciągnięcie ręki


Typowa turbina wiatrowa składa się z około 8000 komponentów. Największe udziały w kosztach mają skrzydła i elementy wież, oraz systemy przekładniowe. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku turbin bezprzekładniowych rosną znacznie koszty koszty generatora i systemów elektronicznych turbiny.
Oprócz podanych powyżej nowych rozwiązań skutkujących zwiększeniem efektywności pracy turbin naukowcy na całym świecie pracują na innowacyjnymi rozwiązaniami redukującymi koszty oraz poprawiającymi wydajność pracy elektrowni wiatrowych. Poniżej kilka z takich nowości wdrażanych w różnych krajach.
Naukowcy opracowali ostatnio nowatorską metodę pozyskiwania energii wiatru z turbiny posiadającej płaty wirnika nie jak do tej pory umieszczone ponad konstrukcją wiatraka i wychwytujące wiatr wiejący z różnych kierunków, a wewnątrz konstrukcji usadowionej na powierzchni ziemi przypominającej szeroki u podstawy komin statku atlantyckiego. Powietrze w tej konstrukcji jest zasysane, podobnie jak w przypadku helikoptera, od dołu przez otwór o promieniu 360 stopni i kierowane tylko w jednym kierunku - do góry, gdzie napędza poziomo obracające się wirniki.
Ponieważ płaty wirników są umieszczone blisko jeden drugiego, turbina tego typu nie stanowi zagrożenia dla ptaków i jednocześnie wytwarza bardzo niewielki poziom hałasu w porównaniu do tradycyjnych turbin wiatrowych.
Turbiny tego typu mogą być montowane na dachach budynków w miastach by wykorzystywać wolny przepływ wiatru ponad centrami miast. Niedawno zbudowany model ma wysokość 2,7 metra i produkuje 1,2 kW. W planach jest konstrukcja produkująca maksimum do 6 KW energii.
Według specjalistów branży wiatrowej wysoko powyżej powierzchni ziemi są nieprzebrane i niewykorzystane zasoby energii wiatrowej. Jak do tej pory energia ta jest poza naszym zasięgiem i nie wykorzystana przez człowieka. Kilka firm pracuje jednak nad projektami turbin wiatrowych, które unosiłyby się tysiące metrów w powietrzu, przekształcając bardzo silne prądy powietrzne na prąd. Kształty takich turbin mają być podobne do struktur wzorowanych na latawcach oraz na balonach zaporowych wyłapujących wiatr, przekształcających go na energię elektryczną odprowadzaną następnie na ziemię przy pomocy przewodu przytrzymującego taką napowietrzną turbinę. W tym projekcie jest jednak pewna niedogodność. Federalna Administracja Lotnictwa zaleciła by takie konstrukcje były umieszczanie nie wyżej niż 600 metrów by uniknąć kolizji z ruchem powietrznym oraz by projektanci udowodnili, że te napowietrzne turbiny nie stanowiły zagrożenia podczas np. wyjątkowo niekorzystnych warunków pogodowych lub gdy zdarzy się awaria łącza takiej turbiny. Póki co, napowietrzne turbiny są w początkowej fazie prób doświadczalnych.
Inną nowością proponowaną przez konstruktorów turbin wiatrowych jest zastosowanie rozwiązań użytych już w konstrukcjach silników odrzutowych. Według konstruktorów takiego rozwiązania turbina z odrzutowymi rozwiązaniami jest mniejsza niż konwencjonalna, ale będzie wytwarzać cztery razy więcej energii. Podobnie jak silnik odrzutowy nowa konstrukcja nazwana FloDesign, ma przestrzenne i ustawione pod kątem płaty wirnika umieszczone z przodu turbiny tak by wykorzystywać zmienne prędkości wiatru niezbędne do wytworzenia szybko rotujących wirów powietrza, które zasysają dodatkowy wiatr ( nie wykorzystywany przy pracy tradycyjnych turbin) i wzmacniają jego prędkość. W ten sposób większa ilość powietrza uderza w ruchome płaty turbiny napędzającej generator.
Jednym z powodów relatywnie niskiej efektywności turbin wiatrowych jest proces tarcia pomiędzy ruchomymi cząstkami części instalacji. Tarcie powoduje straty w energii, zmniejszając jednocześnie ostateczny korzystny wynik pracy turbiny. Sposobem na wyeliminowanie tego tarcia jest technologia lewitowania płaszczyzn turbiny bez przymocowania jej do trwałej podstawy na ziemi.
Ta technologia jest dostępna dzisiaj w turbinach maglev ( lewitacja magnetyczna) które od lat są stosowane w szybkich pociągach jednoszynowych wykorzystywanych w transporcie w takich krajach jak Japonia czy Chiny. Według badań chińskiego Energetycznego Instytutu Naukowego Guangzhou technologia ta pozwoli na uzyskanie do 20% większej wydajności turbin wiatrowych dzięki zaprzęgnięcie do produkcji prądu elektrycznego wolno poruszającego się wiatru.
Dwie firmy amerykańskie Regenedyne oraz NuEnergy pracują nad dalszym rozwojem turbin maglev przeznaczonych do sprzedaży komercyjnej. Wyprodukowane już modele są ciche, bardziej bezpieczne dla ptaków i znacznie tańsze niż tradycyjne turbiny wiatrowe. Specjaliści z firmy Regenadyne twierdzą, że turbiny maglev będą miały żywotność do 500 lat w porównaniu do zaledwie 25 lat skutecznej pracy konwencjonalnych turbin.
Kolejną inspiracją dla produkcji innowacyjnych wysoko wydajnych turbin wiatrowych może być kształt żagla. Turbinę wiatrową żaglopodobną proponuje firma Saphon Energy. Porównując 'wiatrowy żagiel' do standardowej turbiny z wirnikiem, jest ona bardziej aerodynamiczna i może wytworzyć co najmniej dwa razy więcej energii podczas jednego podmuch wiatru, wykorzystując go do wytworzenia ciśnienia hydraulicznego napędzającego generator produkujący prąd elektryczny. Według firmy Saphon, najnowszy model 'turbiny żaglowej' jest dwukrotnie bardziej wydajny niż typowa turbina wiatrowa.
Ciekawą innowacją jest także pomysł stworzenia ruchomego ostrza wirnika turbiny, które mogłoby się nie tylko składać, ale i ustawiać pod odpowiednim kątem do wiejącego wiatru podczas ruchu obrotowego wirnika, co umożliwiłoby zmniejszenie oporu zmiennych ruchów powietrza wpływających na płaszczyznę śmigła. Dzięki takiej oszczędności energii podczas pracy turbiny możliwe byłoby zredukowanie sporej masy wszystkich elementów turbiny oraz podstawy na której turbina jest ustawiona. 
Przedstawione powyżej przykłady innowacyjnych rozwiązań w energetyce wiatrowej świadczą o bardzo dużej dynamice zmian w konstrukcjach turbin oraz poszczególnych elementów składających się na efektywnie działającą elektrownię wiatrową. Najsilniejszym bodźcem wpływającym na stały rozwój technologii wiatrowej jest dążenie do oszczędności energii, a zatem kosztów eksploatacji turbin i jeszcze większego upowszechnienia stosowania tego typu urządzeń do produkcji znacznie tańszego prądu niż wytworzony w innych OZE lub w sposób tradycyjny.

Źródła: www.katru.com.au 
alternative-energy-news.info
news.cnet.com
popularmechanics.com
nuenergy.tech.com
scidev.net

Autor:Tomasz Kodłubański




powrót
 
Masło drogie, ale dobrej jakoś ... W sprawie czasowego wyrejestro ... Rynek mleka - raport ...
UOKiK zbadał w laboratoriach jakość masła.
Mimo wysokiej ceny masło nie jest fałszowane tłuszczami roślinnymi. To dobra informacja.
...

W związku z wnioskiem KRIR z dnia 16 listopada 2017 r. do Ministra Infrastruktury i Budownictwa Pana Andrzeja Adamczyka o zmianę przepisów ustawy - Prawo o ruchu dro ...

...
© rolnikpolski.pl 2014                  O portalu    Reklama  Współpraca z nami  Napisz do nas  Prywatność