Bedre vindmøller

ExRo teknologier , en startup baseret i Vancouver, BC, har udviklet en ny slags generator, der er velegnet til at høste energi fra vind. Det kan sænke prisen på vindmøller og samtidig øge deres effekt med 50 procent.

Strømhus: Kobberledninger strækker sig fra en prototype af en ny slags generator, som blev designet med variabiliteten af ​​vindhastighed i tankerne.

Den nye generator kører effektivt over en bredere vifte af forhold, end konventionelle generatorer gør. Når akslen, der løber gennem en almindelig generator, drejer med den optimale hastighed, kan mere end 90 procent af dens energi omdannes til elektricitet. Men hvis den accelererer eller bremser, falder generatorens effektivitet dramatisk. Dette er ikke et problem i konventionelle kraftværker, hvor turbinerne drejer med en konstant hastighed, fodret af en konstant tilførsel af energi fra kul eller andet brændstof. Men vindhastigheden kan variere voldsomt. Vindmøllevinger, der ændrer stigning for at fange mere eller mindre vind, kan hjælpe, ligesom transmissioner, der formidler mellem de roterende vinger og generatorakslen. Men transmissioner tilføjer både produktions- og vedligeholdelsesomkostninger, og der er en grænse for, hvor meget ændring af vinklen kan kompensere for skiftende vind.

ExRos nye design erstatter en mekanisk transmission med, hvad der svarer til en elektronisk. Det øger rækkevidden af ​​vindhastigheder, hvormed den kan fungere effektivt, og gør den mere lydhør over for pludselige vindstød og stilleture. Mens vingerne ved de højeste vindhastigheder stadig skal vendes for at fjerne vinden, vil generatoren tillade møllen at fange mere af energien i højhastighedsvind og vindstød. Som følge heraf kunne møllen producere 50 procent mere strøm i gennemsnit i løbet af et år, siger Jonathan Ritchey , ExRos teknologichef. Faktisk, nogle steder, kan strømudgangen fordobles, siger Ed Nowicki , professor i elektroteknik ved University of Calgary, som har konsulteret ExRo.

Generatoren fungerer efter de samme principper som mange almindelige generatorer: magneter, der er fastgjort til en roterende aksel, skaber en strøm, når de passerer stationære kobberspoler opstillet rundt om akslen. I almindelige generatorer er alle spolerne koblet sammen. I ExRo’s generator kan de enkelte spoler derimod tændes og slukkes med elektroniske kontakter. Ved lave vindhastigheder vil kun få af spolerne tænde - lige nok til effektivt at høste den lille mængde energi i lavhastighedsvind. (Hvis flere spoler var aktive, ville de give mere modstand til de roterende magneter.) Ved højere vindhastigheder vil flere spoler tænde for at omdanne mere energi til elektricitet. Kontakterne kan drejes hurtigt for at tilpasse sig hurtigt skiftende vindhastigheder.

Indvendigt udseende: To ringe af magneter (blå-grå), den ene indeni og den anden uden for en række kobberspoler (røde og grønne), drejer for at generere elektricitet.

En anden del af designet gør generatoren mere lydhør over for skiftende vindhastigheder. At høste store mængder energi kræver mange spoler. Disse kunne arrangeres inde i en generator med meget stor diameter, men så skulle rotoren, som magneterne var monteret på, også være større. Det ville gøre det sværere at få rotoren i gang eller at ændre dens rotationshastighed. (Den større afstand mellem midten af ​​generatoren og spolerne øger det, der er kendt som inertimomentet.) ExRo-generatoren fordeler i stedet spolerne mellem flere generatorer med lille diameter – som forskerne kalder stakke – langs akslens længde. Mindre diametre gør det lettere at ændre omdrejningshastigheder. Designet med flere stakke gør det også nemmere at tilpasse generatoren til et bestemt vindsted. For et sted med lavhastighedsvind vil det være nødvendigt med få stakke. For et sted med højhastighedsvind kunne der tilføjes mere, hvilket gør det muligt for generatoren at omdanne mere energi til elektricitet.

Andre virksomheder har udviklet designs, der inkorporerer flere generatorer, som kan aktiveres separat, afhængigt af vindhastigheden. Men disse skal til- og frakobles mekanisk, hvilket tilføjer vægt og kompleksitet til generatoren og øger omkostningerne. Ved at reducere vedligeholdelse og vægt ved at eliminere behovet for mekaniske gear og koblinger kan ExRo holde omkostningerne nede. Og det, siger Paul Sclavounos , en professor i maskinteknik ved MIT, er nøgleovervejelsen i beslutningen om, hvorvidt man skal forsøge at fange mere af vindens energi. ExRo kan have en fordel, siger han, fordi nøglen til dens teknologi er elektronisk styring, som er billig. Faktisk hævder virksomheden, at en vindmølleoperatør kunne tjene 57 procent flere penge på en mølle i løbet af et år ved at bruge den nye generator.

ExRo har udviklet og testet en prototype i laboratorieskala. Dens estimater af øget elproduktion kommer fra modeller, der bruger data fra eksisterende vindmølleanlæg. Ved udgangen af ​​dette år eller begyndelsen af ​​næste år vil virksomheden begynde at teste en lille vindmølle på fem kilowatt. Ritchey siger, at virksomheden ikke vil have faste tal for strømproduktion, før disse test er afsluttet. Næste skridt bliver at installere større generatorer i megawatt-skala i eksisterende vindmøller.

skjule