211service.com
Lepší větrné turbíny
ExRo Technologies , startup se sídlem ve Vancouveru, BC, vyvinul nový druh generátoru, který se dobře hodí pro získávání energie z větru. Mohlo by to snížit náklady na větrné turbíny a zároveň zvýšit jejich výkon o 50 procent.
Pouzdro napájení: Měděná kabeláž se táhne od prototypu nového druhu generátoru, který byl navržen s ohledem na proměnlivost rychlosti větru.
Nový generátor běží efektivně v širším rozsahu podmínek než konvenční generátory. Když se hřídel procházející běžným generátorem otáčí optimální rychlostí, více než 90 procent jeho energie se může přeměnit na elektřinu. Ale pokud se zrychlí nebo zpomalí, účinnost generátoru dramaticky klesne. To není problém v konvenčních elektrárnách, kde se turbíny točí konstantní rychlostí, napájené neustálým přísunem energie z uhlí nebo jiného paliva. Ale rychlost větru se může divoce lišit. Pomoci mohou lopatky turbíny, které mění sklon, aby zachytily více či méně větru, stejně jako převody, které jsou prostředníkem mezi rotujícími lopatkami a hřídelí generátoru. Převodovky však zvyšují náklady na výrobu i údržbu a existuje omezení, do jaké míry může změna úhlu lopatky kompenzovat měnící se vítr.
Nový design ExRo nahrazuje mechanickou převodovku elektronickou. To zvyšuje rozsah rychlostí větru, při kterém může efektivně fungovat, a činí jej lépe reagujícím na náhlé poryvy a utlumení. Zatímco při nejvyšších rychlostech větru budou lopatky stále muset být nakloněny, aby se zbavil větru, generátor umožní turbíně zachytit více energie ve vysokorychlostních větrech a poryvech. V důsledku toho by turbína mohla produkovat v průměru o 50 procent více energie v průběhu roku, říká Jonathan Ritchey , technologický ředitel ExRo. V některých lokalitách by se skutečně mohl výkon zdvojnásobit, říká Ed Nowicki , profesor elektrotechniky na univerzitě v Calgary, který konzultoval ExRo.
Generátor pracuje na stejném principu jako mnoho běžných generátorů: magnety připojené k rotujícímu hřídeli vytvářejí proud, když procházejí stacionárními měděnými cívkami uspořádanými kolem hřídele. V běžných generátorech jsou všechny cívky propojeny dohromady. Naproti tomu u generátoru ExRo lze jednotlivé cívky zapínat a vypínat elektronickými spínači. Při nízkých rychlostech větru se zapne pouze několik cívek – právě tolik, aby bylo možné efektivně sklízet malé množství energie při nízké rychlosti větru. (Pokud by bylo aktivních více cívek, poskytovaly by větší odpor otočným magnetům.) Při vyšších rychlostech větru se zapne více cívek, aby přeměnily více energie na elektřinu. Spínače lze rychle přehodit, aby se přizpůsobily rychle se měnící rychlosti větru.
Vnitřní pohled: Dva prstence magnetů (modro-šedé), jeden uvnitř a druhý vně řady měděných cívek (červená a zelená), se otáčejí a vytvářejí elektřinu.
Další součástí návrhu je, že generátor lépe reaguje na měnící se rychlosti větru. Sklizeň velkého množství energie vyžaduje mnoho cívek. Ty by mohly být uspořádány uvnitř generátoru o velmi velkém průměru, ale pak by rotor, na kterém byly magnety namontovány, musel být také větší. To by znesnadnilo pohyb rotoru nebo změnu rychlosti jeho otáčení. (Větší vzdálenost mezi středem generátoru a cívkami zvyšuje to, co je známé jako moment setrvačnosti.) Generátor ExRo místo toho rozděluje cívky mezi několik generátorů s malým průměrem – které výzkumníci nazývají stohy – po délce hřídele. Menší průměry usnadňují změnu rychlosti otáčení. Vícevrstvý design také usnadňuje přizpůsobení generátoru pro konkrétní větrné místo. Pro místo s nízkou rychlostí větru by bylo potřeba málo komínů. Pro lokalitu s vysokorychlostními větry by mohlo být přidáno více, což generátoru umožní přeměnit více energie na elektřinu.
Jiné společnosti vyvinuly návrhy, které zahrnují více generátorů, které lze aktivovat samostatně v závislosti na rychlosti větru. Ty se však musí zapojovat a odpojovat mechanicky, což zvyšuje hmotnost a složitost generátoru a zvyšuje náklady. Snížení údržby a hmotnosti odstraněním potřeby mechanických převodů a spojek by mohlo společnosti ExRo umožnit snížit náklady. A to, říká Paul Sclavounos , profesor strojního inženýrství na MIT, je klíčovým faktorem při rozhodování, zda se pokusit zachytit více energie větru. ExRo může mít výhodu, říká, protože klíčem k jeho technologii je elektronické ovládání, které je levné. Společnost skutečně tvrdí, že provozovatel větrné turbíny by mohl v průběhu roku vydělat z turbíny o 57 procent více peněz, pokud by použil nový generátor.
Společnost ExRo vyvinula a otestovala prototyp v laboratorním měřítku. Její odhady zvýšené výroby elektřiny pocházejí z modelů, které využívají data ze stávajících lokalit větrných turbín. Koncem tohoto roku nebo začátkem příštího roku společnost začne testovat malou, pětikilowattovou větrnou turbínu v terénu. Ritchey říká, že společnost nebude mít pevná čísla pro výrobu energie, dokud tyto testy nebudou dokončeny. Dalším krokem bude instalace větších generátorů v megawattovém měřítku do stávajících větrných turbín.