Компанія Vortex Bladeless («Vortex» перекладається як «Вихор», а «Bladeless» - «безлопатева») використовує принципово новий підхід до вилучення енергії вітру. Пристрій збирає енергію вихрів - аеродинамічного ефекту, що докучають інженерам-проектувальникам і архітекторам протягом століть (ефект зриву вихорів).

Під час обходу вітром стаціонарно встановленої конструкції, структура потоку повітря змінюється, утворюючи циклічні коливні вихори. Якщо їх сила достатньо велика, то стаціонарна структура починає коливатися, може увійти в резонанс з поперечними складовими сили вітру і навіть зруйнуватися. Класичним академічним прикладом може служити міст Такома-Нерроуз, який зруйнувався через три місяці після урочистого відкриття внаслідок ряду причин, і, зокрема, через ефект зриву вихорів.

Замість того щоб боротися з цією аеродинамічною нестабільністю, технологія Vortex використовує її, максимізуючи результуючі коливання й вилучають з них енергію. Природно, конструкція такого пристрою абсолютно не схожа на звичайну турбіну. Замість звичайної вежі, гондоли і лопатей пристрій має нерухому щоглу, генератор і пустотілий, легкий, напівжорсткий скловолоконний циліндр на вершині. 

Fig 1

Цей вітрогенератор не має рухомих частин що контактують одне з одним, що виключає необхідність мастила і зменшує знос деталей. Відомо, що пристрій може мати тільки певну частоту коливань, що обмежує можливість його безперервної роботи. Однак завдяки магнітному зв'язку Vortex, що сам налагоджуються, може працювати в широкому діапазоні швидкостей вітру. Ця система дозволяє максимізувати амплітуду коливань: коли вітер посилюється, відштовхувальна сила магніту зростає, внаслідок чого відстань між штангою і магнітом скорочується. У результаті коливання і потенціал генерованої енергії збільшуються до максимуму. Vortex може автоматично змінювати свою жорсткість і «синхронізуватися» зі швидкістю вітру що набігає, щоб залишатися в резонансі без якого-небудь механічного або ручного втручання.

Основні переваги Vortex

Одним з головних переваг Vortex є виключно низька ціна. Фактична нормалізована вартість виробництва енергії для типової офшорної ферми складе $ 0.035 / кВт · год (порядку 35 євро за МВт · год), включаючи капітальні витрати, експлуатацію та обслуговування, оренду землі, страхування та адміністративні витрати.

Fig 2

Це ставить запропоновану технологію на нижню ланку цінового діапазону подібних проектів, що робить її конкурентоспроможною не тільки по відношенню до пристроїв генерації потужності з використанням альтернативної або поновлюваної енергії, але навіть й у порівнянні з традиційними технологіями.

Суттєве зниження ціни зумовлено скороченням виробничих витрат, оскільки щогла і обладнання генератора, в основному одне ціле. Це дозволяє виключити з конструкції гондолу, опорні механізми і лопаті - найдорожчі компоненти традиційних вітрогенераторів. Груба оцінка показує, що виграш у вартості виробництва в порівнянні із звичайною вітряної турбіною може становити 51%. Виготовлення, перевезення, будівництво та монтаж також значно спрощуються, залишаючись операціями, стандартними для індустрії вітроенергетики.

Існує ще одна відмінна ознака, що дає Vortex конкурентну перевагу над іншими установками. Завдяки тому, що генератор (і центр ваги) знаходяться ближче до землі, Vortex спрощує процедуру монтажу, використання і технічного обслуговування. На противагу цьому, типова гондола звичайного вітрогенератора встановлюється більш ніж в 80 метрах над поверхнею землі.

Fig 3

В конструкції повністю відсутні механічні елементи, які можуть зношуватися від тертя, що, згідно з оцінками, дозволить, в порівнянні з традиційними турбінами, скоротити експлуатаційні витрати на 53%, виключивши необхідність заміни мастила або механічних частин, що вимагається у лопаткових вітряних турбін протягом 20 - річного терміну їх служби.

Звичайно ж, Vortex не застрахована від зносу. Вітер може викликати зсув і скручування елементів структури, насамперед, еластичної штанги, скоріш за все, в нижній її частині, яка найбільш навантажена. Однак здійснені компанією дослідження підтвердили, що навантаження, які сприймає штанга, далекі від гранично допустимих режимів основного складового матеріалу генератора - вуглецевого волокна. Комп'ютерне моделювання показує, що термін служби установки буде перебувати в діапазоні між 32 і 96 роками.

Конструкція Vortex зараз займає 30% площі, необхідної звичайному вітрогенератору. Практично, це площа кола, по траєкторії якого здійснює рух вершина щогли за максимальної швидкості вітру. З такою ж висотою, яку мають сучасні вітряні турбіни, вона може витягувати до 40% енергії, що міститься в повітрі, і це ,безумовно, є більш ніж хорошим показником. Система трохи програє в ефективності перетворення енергії, досягаючи рівня близько 70% від ефективності традиційних генераторів, але пов'язано це тільки з тим, що під час її створенні акцент робився на виключенні деталей що труться та зношуються.

Більш «зелена» альтернатива традиційної вітроенергетиці

Крім того, як очікується, набагато знизиться шкода, що завдається популяції птахів, оскільки характер і розмах рухів Vortex відрізняються від традиційної вітряної турбіни, що робить установку більш помітною.

У разі коливань пристрою, за частотою менше 20 Гц вплив звуку стає несуттєвим, відкриваючи шлях до створення повністю безшумних вітряних ферм майбутнього.

Оскільки Vortex не вбиває птахів і не шумить, проект активно підтримується декількома екологічними захисними організаціями, включаючи асоціацію SEO Birdlife.

Стадія випробувань

Для доказу реалізованості технології Vortex провела випробування прототипів в аеродинамічній трубі. В даний час Vortex Bladeless оптимізує методику випробувань в реальних умовах, щоб завершити створення невеликої діючої моделі.

На початковому етапі Vortex зосередиться на виробництві невеликих установок. Першим буде генератор потужністю 100 Вт, що має висоту 3 м з вагою 10 кг. Турбіна розроблялася спеціально для автономної роботи в єдиній системі з сонячними панелями. Таке рішення буде рентабельним для домогосподарств з вже встановленими сонячними батареями і зможе виробляти електрику в той час, коли сонячна енергія не виробляється. Почавши працювати, цей продукт, що отримав назву Vortex Atlantis, покладе початок пілотній програмі компанії. Це буде сонячна панель, яка використовує енергію вітру.

Друга установка, яку підготують до виробництва протягом року, буде також малорозмірною. 4-кіловатний генератор висотою 13 м і вагою 100 кг, як і перший, 100-ватний генератор, призначений для автономного використання, буде оптимізований для суміщених з сонячними батареями гібридних систем, що використовують загальні електричні інвертори.

Основна мета буде досягнута через чотири роки, коли Vortex презентує вітрогенератор потужністю більше одного мегавата.