Rewolucyjna turbina wiatrowa powstała w Hiszpanii. Bez hałasu, bez łopat, bez kontrowersji
Turbiny wiatrowe mimo swojej popularności i efektywności posiadają istotne ograniczenia, takie jak negatywny wpływ na środowisko naturalne, hałas oraz wysokie koszty utrzymania. Alternatywnym rozwiązaniem jest bezłopatkowe urządzenie opracowane przez hiszpańską firmę Vortex Bladeless, które znacząco odbiega od klasycznych turbin. Jak działa? Czy ma szansę zrewolucjonizować rynek energii wiatrowej i wyprzeć tradycyjne turbiny wiatrowe?
- Vortex Bladeless – od filmu o katastrofie do najbardziej ekscytującego startupu technologicznego
- Jak działają bezłopatkowe turbiny wiatrowe Vortex?
- Przyjaźniejsze oblicze energetyki wiatrowej
- Niższe koszty produkcji i utrzymania
- Czy urządzenia Vortex Bladeless wyprą tradycyjne turbiny wiatrowe?
Vortex Bladeless – od filmu o katastrofie do najbardziej ekscytującego startupu technologicznego
Pomysł na turbinę bezłopatkową zrodził się już w 2002 roku, kiedy to David Yáñez zainspirował się filmem o katastrofie mostu Tacoma Narrows z 1940 roku. Mężczyzna dostrzegł wówczas potencjał energetyczny zjawiska wirów von Kármána, które powstają, gdy strumień powietrza lub cieczy napotyka przeszkodę.
Pomysł Davida Yáñez na wiele lat ugrzązł w przysłowiowej szufladzie. Dopiero w 2012 roku założył firmę wraz z Davidem Suriolem oraz Raulem Martínem. Już dwa lata później – w 2014 roku – firma Vortex uzyskała dofinansowanie publiczne od hiszpańskiego Centrum Rozwoju Technologii Przemysłowych i rozpoczęła współpracę z Centrum Superkomputerowym w Barcelonie. Dzięki zaawansowanym badaniom udało się potwierdzić słuszność zaproponowanej przez Vortex Bladeless koncepcji turbin wiatrowych.
Kolejne lata przyniosły współprace z wieloma firmami oraz ośrodkami badawczymi, takimi jak Instytut Technologii w Massachusetts oraz Uniwersytet Harvarda. Dzięki wsparciu finansowemu z ośrodków publicznych oraz prywatnych w 2015 roku firma Vortex mogła sfinansować pierwsze umowy z dostawcami i zatrudnić niezbędnych inżynierów. Pierwszy prototyp bezłopatkowej turbiny wiatrowej powstał rok później.
Firma pracuje również nad turbinami o rozmiarach (Vortex Nano, Vortex Tacoma, Vortex Atlantis), aby sprostać zróżnicowanym potrzebom energetycznym. Norweska państwowa firma energetyczna Equinor uznała Vortex Bladeless za jeden z dziesięciu najbardziej ekscytujących startupów energetycznych. Zakończenie testów prototypów oraz rozpoczęcie sprzedaży komercyjnej ma mieć miejsce w najbliższych latach, choć dokładne terminy nie są jeszcze znane i zależą od uzyskania odpowiednich certyfikacji, co może być trudne w przypadku tak niestandardowych urządzeń.
Jak działają bezłopatkowe turbiny wiatrowe Vortex?
Vortex Bladeless to pionowe, smukłe i cylindryczne urządzenie – wielu internautom kojarzy się z zabawkami dla dorosłych, przez co przydomek „Skybrator” na dobre przylgnął do firmy. Składa się z dwóch głównych części: stałej podstawy połączonej za pomocą pręta węglowego z cylindrycznym masztem, który oscyluje prostopadle do kierunku wiatru. Części wewnętrzne turbiny nigdy się nie zderzają, lecz oddziałują na siebie, generując energię elektryczną z wiatru.
Gdy wiatr opływa urządzenie, tworzy wiry, które powodują oscylację masztu. Ruch jest przekształcany w energię mechaniczną, a następnie w energię elektryczną za pomocą alternatora umieszczonego u podstawy urządzenia. Wszystko to odbywa się bez konieczności stosowania przekładni czy smarów.
Istotnym elementem urządzeń Vortex jest system strojenia, który wykorzystuje odpychanie magnetyczne. System ten pozwala dostosować częstotliwość oscylacji masztu do prędkości wiatru – urządzenie może działać efektywnie w szerokim zakresie prędkości wiatru. W odróżnieniu od tradycyjnych elektrowni wiatrowych, Vortex Bladeless nie obraca się, a więc technicznie nie jest turbiną, a generatorem rezonansowym indukowanym wirami – Vortex Induced Vibration.
Przyjaźniejsze oblicze energetyki wiatrowej
Brak obracających się łopat w urządzeniach Vortex eliminuje ryzyko kolizji z ptakami oraz nietoperzami, które stanowi poważny problem w przypadku tradycyjnych turbin wiatrowych. Znane są sytuacje, gdy sądy nakazywały rozbiórkę turbin wiatrowych z uwagi na ogromne ilości martwych ptaków oraz zagrożenie dla gatunków chronionych (np. wyrok sądu w Nimes z 2023 roku).
W USA turbiny powodują każdego roku aż do 500 000 zgonów ptaków i do 800 000 zgonów nietoperzy (dane pochodzą z badań amerykańskiej organizacji US Fish and Wildlife Service). Szacuje się, że w Polsce jest to kilkanaście tysięcy zgonów ptaków rocznie, jednak przy porównywaniu tych liczb, warto wziąć pod uwagę skalę oraz ilość elektrowni wiatrowych.
Urządzenia Vortex generują znacznie mniej hałasu niż klasyczne turbiny, których głośne mechanizmy niejednokrotnie spotykały się z protestami mieszkańców terenów zlokalizowanych w pobliżu elektrowni wiatrowych. Dźwięki nie przekraczają 20 Hz, są niesłyszalne dla ludzi i nie wpływają na zanieczyszczenie hałasem. Cicha praca oraz smukły, wąski kształt sprawia, że ekologiczne turbiny bezłopatkowe sprawdzą się wszędzie tam, gdzie tradycyjne urządzenia po prostu się nie mieszczą – nawet jako przydomowe elektrownie wiatrowe.
Niższe koszty produkcji i utrzymania
Konstrukcja generatorów jest prosta. Urządzenia nie są wyposażone w skomplikowane elementy mechaniczne, takie jak przekładnie czy łopaty. Koszty produkcji mogą być zmniejszone nawet o 53% w porównaniu do tradycyjnych turbin wiatrowych, natomiast koszty eksploatacji – głównie związane z konserwacją – o 51%. Szacowana przez firmę Vortex żywotność urządzeń wynosi od 32 do aż 96 lat.
Turbiny Vortex charakteryzują się niskim środkiem ciężkości, co ułatwia ich instalację oraz wymaga znacznie mniejszych fundamentów niż w przypadku klasycznych urządzeń z łopatami. Jest to nie tylko oszczędność, ale również mniejsza ingerencja w środowisko naturalne.
Czy urządzenia Vortex Bladeless wyprą tradycyjne turbiny wiatrowe?
Z testów wynika, że Vortex Bladeless wytwarza o 30% mniej energii niż tradycyjne turbiny wiatrowe – jest to jednak rekompensowane mniejszymi rozmiarami konstrukcji, co pozwala podwoić ilość urządzeń na obszarze zajmowanym przez standardowy wiatrak. Osiągnięcie większej mocy wymaga podniesienia wysokości masztu, co rodzi wyzwania konstrukcyjne i finansowe.
Jednak sami założyciele firmy Vortex Bladeless zaznaczają, że ich celem nie jest wyparcie klasycznych turbin, a wypełnienie luk, w których standardowe urządzenia się nie sprawdzają. Wspomniane luki to obszary miejskie i zurbanizowane, gdzie oddziaływanie turbiny wiatrowej byłoby zbyt duże, a przestrzeń do jej budowy zbyt mała.
Źródła
- https://vortexbladeless.com/
- https://www.fws.gov/
- https://www.sciencedirect.com/