Turbina wiatrowa bez łopat? Rewolucyjny wynalazek z Hiszpanii może zmienić sposób myślenia o energii z wiatru
Mimo że turbiny wiatrowe są powszechnie używane i skuteczne, mają znaczące ograniczenia, takie jak szkodliwy wpływ na środowisko, generowanie hałasu oraz duże koszty eksploatacji. Alternatywą jest urządzenie bezłopatkowe stworzone przez hiszpańską firmę Vortex Bladeless, które znacznie różni się od standardowych turbin. Jak ono funkcjonuje? Czy może zmienić rynek energii wiatrowej i zastąpić tradycyjne turbiny?
- Narodziny turbiny bezłopatkowej Vortex
- Innowacyjne turbiny bezłopatkowe Vortex
- Bezpieczeństwo ptaków dzięki technologii Vortex
- Nowoczesne turbiny Vortex: oszczędność i ekologia
- Nowatorskie podejście do energii wiatrowej
Narodziny turbiny bezłopatkowej Vortex
Koncepcja turbiny bezłopatkowej pojawiła się już w 2002 roku, kiedy to David Yáñez został zainspirowany filmem o zawaleniu się mostu Tacoma Narrows z 1940 roku. Wówczas odkrył on potencjał energetyczny zjawiska wirów von Kármána, które zachodzą, gdy strumień powietrza bądź cieczy napotka przeszkodę.
Idea Davida Yáñeza przez długi czas pozostawała w fazie koncepcyjnej. Dopiero w 2012 roku założył on firmę wraz z Davidem Suriolem i Raulem Martínem. Dwa lata później – w 2014 roku – firma Vortex otrzymała wsparcie finansowe od hiszpańskiego Centrum Rozwoju Technologii Przemysłowych i nawiązała współpracę z Centrum Superkomputerowym w Barcelonie. Dzięki zaawansowanym badaniom udało się potwierdzić słuszność przedstawionej przez Vortex Bladeless idei turbin wiatrowych.
Następne lata zaowocowały współpracą z licznymi firmami oraz instytucjami badawczymi, takimi jak Instytut Technologii w Massachusetts oraz Uniwersytet Harvarda. Dzięki wsparciu finansowemu z instytucji publicznych i prywatnych, w 2015 roku firma Vortex mogła sfinalizować pierwsze umowy z dostawcami i zatrudnić koniecznych inżynierów. Pierwszy prototyp bezłopatkowej turbiny wiatrowej został opracowany rok później.
Firma pracuje również nad turbinami o różnych rozmiarach (Vortex Nano, Vortex Tacoma, Vortex Atlantis), aby spełnić różnorodne potrzeby energetyczne. Norweska państwowa firma energetyczna Equinor uznała Vortex Bladeless za jeden z dziesięciu najbardziej obiecujących startupów energetycznych. Zakończenie testów prototypów i rozpoczęcie sprzedaży komercyjnej planowane jest na najbliższe lata, chociaż dokładne terminy nie są jeszcze ustalone i zależą od uzyskania odpowiednich certyfikacji, co może być wyzwaniem w przypadku tak nietypowych urządzeń.
Innowacyjne turbiny bezłopatkowe Vortex
Vortex Bladeless to urządzenie w kształcie pionowego, smukłego cylindra – wielu użytkowników internetu przywodzi na myśl gadżety dla dorosłych, dlatego często zwane jest „Skybrator”. Składa się z dwóch głównych elementów: nieruchomej podstawy, która za pomocą pręta z włókna węglowego jest połączona z cylindrycznym masztem, oscylującym prostopadle do kierunku wiatru. Wewnętrzne części turbiny nigdy się nie stykają, ale współdziałają, wytwarzając energię elektryczną z wiatru.
Kiedy wiatr przepływa wokół urządzenia, tworzy wiry, które powodują drganie masztu. Ten ruch jest zamieniany na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną przy użyciu alternatora zamontowanego u podstawy urządzenia. Wszystko to dzieje się bez potrzeby użycia przekładni czy smarów.
Kluczowym komponentem urządzeń Vortex jest system strojenia, który korzysta z odpychania magnetycznego. System ten umożliwia dopasowanie częstotliwości drgań masztu do prędkości wiatru – urządzenie może działać efektywnie przy różnych prędkościach wiatru. W przeciwieństwie do tradycyjnych turbin wiatrowych, Vortex Bladeless nie obraca się, a zatem technicznie nie jest turbiną, lecz generatorem rezonansowym wywoływanym przez wiry – Vortex Induced Vibration.
Bezpieczeństwo ptaków dzięki technologii Vortex
Brak obrotowych łopat w systemach Vortex usuwa zagrożenie kolizji z ptakami i nietoperzami, co jest istotnym problemem w przypadku standardowych turbin wiatrowych. Nie jest tajemnicą, że sądy nakazywały demontaż turbin wiatrowych z powodu dużej liczby martwych ptaków oraz ryzyka dla chronionych gatunków (np. wyrok sądu w Nimes z 2023 roku).
W Stanach Zjednoczonych turbiny przyczyniają się co roku do nawet 500 000 zgonów ptaków i do 800 000 zgonów nietoperzy (informacje pochodzą z badań amerykańskiej agencji US Fish and Wildlife Service). Szacuje się, że w Polsce liczba ta wynosi kilkanaście tysięcy zgonów ptaków rocznie, ale warto uwzględnić skalę i liczbę elektrowni wiatrowych przy porównaniu tych danych.
Systemy Vortex generują znacznie mniej hałasu niż tradycyjne turbiny, których głośne mechanizmy często były powodem protestów mieszkańców obszarów sąsiadujących z elektrowniami wiatrowymi. Dźwięki nie przekraczają 20 Hz, są niesłyszalne dla ludzi i nie przyczyniają się do zanieczyszczenia hałasem. Cicha praca oraz smukły, wąski design powodują, że ekologiczne turbiny bezłopatkowe są odpowiednie wszędzie tam, gdzie standardowe urządzenia po prostu się nie mieszczą – nawet jako domowe elektrownie wiatrowe.
Nowoczesne turbiny Vortex: oszczędność i ekologia
Konstrukcja generatorów jest nieskomplikowana. Urządzenia nie posiadają złożonych części mechanicznych, takich jak mechanizmy zębate czy skrzydła. Koszty wytwarzania mogą zostać obniżone nawet o 53% w porównaniu do konwencjonalnych turbin wiatrowych, a koszty utrzymania – głównie dotyczące konserwacji – o 51%. Przewidywana przez przedsiębiorstwo Vortex długość życia urządzeń wynosi od 32 do aż 96 lat.
Turbiny Vortex cechują się nisko położonym środkiem ciężkości, co ułatwia ich montaż oraz wymaga znacznie mniejszych fundamentów niż w przypadku tradycyjnych urządzeń z łopatkami. To nie tylko oszczędność, ale także mniejsza ingerencja w środowisko naturalne.
Nowatorskie podejście do energii wiatrowej
Z badań wynika, że Vortex Bladeless generuje o 30% mniej energii niż konwencjonalne turbiny wiatrowe – jest to jednak zrekompensowane mniejszymi wymiarami struktury, co umożliwia podwojenie liczby urządzeń na terenie zajmowanym przez typowy wiatrak. Uzyskanie większej mocy wymaga zwiększenia wysokości masztu, co stwarza trudności konstrukcyjne i finansowe.
Jednakże sami twórcy firmy Vortex Bladeless podkreślają, że ich zamiarem nie jest zastąpienie tradycyjnych turbin, a wypełnienie nisz, w których standardowe rozwiązania są niewystarczające. Wspomniane nisze to tereny miejskie i zurbanizowane, gdzie wpływ turbiny wiatrowej byłby zbyt znaczny, a przestrzeń do jej budowy zbyt ograniczona.
Źródła:
- https://vortexbladeless.com/
- https://www.fws.gov/
- https://www.sciencedirect.com/