211service.com
En mere holdbar vindmølle
En canadisk startup har udviklet en lille prototype vindmølle, der bruger friktion i stedet for en gearkasse til at omdanne vindenergi til elektricitet. CWind , baseret i Owen Sound, Ontario, begyndte for nylig arbejdet på en større to megawatt prototype. Virksomheden hævder, at dets friktionsdrevsystem er mere effektivt og pålideligt - og billigere at vedligeholde - end konventionelle vindmøller, som er tilbøjelige til dyre gearkassefejl.
Hjul, der drejer: Vingerne på CWinds vindmølle flytter et internt svinghjul og flere aksler, der fastgøres til små generatorer i nacellen. På det nederste billede ruller et gummihjul på indersiden af et svinghjul inde i en 65-kilowatt prototypeturbine.
Vingerne på de fleste møller bruger vinden til at dreje en drivaksel forbundet til en gearkasse. Gearkassen styrer rotationen af en anden aksel, der forbinder til en stor elektrisk generator. Gearkassen er det tungeste udstyr i en vindmølles nacelle (afsnittet øverst i mølletårnet). Det er også et stykke, der er blandt de mest sårbare over for fiasko. Pludselige vindstød satte gearkassen under en enorm mekanisk belastning. Over tid kan dette slide ned eller knække tænderne af dets metalgear.
CWinds design gør helt op med gearkassen. I stedet er drivakslen forbundet direkte med et stort metalsvinghjul. Omkring ydersiden af svinghjulet er der otte mindre sekundære aksler, som hver er forbundet til en 250-kilowatt generator og hver foret med flere specialdesignede dæk, der griber fat i svinghjulets overflade. Når svinghjulet drejer, kobler det generatorerne ved at dreje disse dækforede aksler. Vi bruger friktion. Det er ikke mekanisk hårdt koblet, siger Na'al Nayef, en CWind-ingeniør og medopfinder af systemet.
Nayef siger, at systemet bruger software til at styre de otte sekundære aksler. Dækkene er også designet til midlertidigt at glide, hvis et vindstød får svinghjulet til pludselig at sætte fart. Denne funktion letter påvirkningen af generatorerne. Hver sekundær aksel kan også kobles fra svinghjulet, hvis vinden aftager, hvilket i realiteten reducerer friktionen og tillader aksler, der stadig er tilsluttet, at holde deres generatorer i drift med høj kapacitet. Ligeledes vil tilslutning af flere aksler, og dermed tilføje mere friktion, når vinden øges, aktivere tomgangsgeneratorer. Vi kan drive generatorerne ved optimal hastighed hele tiden, siger Nayef og tilføjer, at test på den mindre, 65 kilowatt prototype viser effektivitetsgevinster i forhold til standardvindmøller på op til 5 procent.
CWind-grundlæggeren Paul Merswolke forfulgte først designet for syv år siden efter at have set en dokumentar om London Eye , et 135 meter højt pariserhjul på bredden af Themsen. Han så, at simple lastbildæk blev brugt som friktionsruller til at dreje pariserhjulet og konkluderede, at den samme fremgangsmåde kunne tilpasses til vindmøller. Nayef blev taget ombord for at komme med et foreløbigt design, og i 2004 henvendte CWind sig til energiingeniørfirmaet MPR Associates i Washington, DC, for at få hjælp til at bygge en prototype.
Vi sagde: 'Nej, vi er ikke overbeviste om, at dette giver mening', siger Larry Cundy, udviklingsdirektør hos MPR. Men CWind overbeviste MPR om at lave nogle grundlæggende analyser af designet, og til sidst gik ingeniørfirmaet med til at bygge prototypen. Det er en meget ny ansøgning, helt ærligt, siger Cundy. Det er virkelig en genistreg.
Cundy siger, at den største fordel ved CWinds design er, at det er nemmere og billigere at vedligeholde i hele udstyrets levetid. Når en gearkasse på en konventionel turbine svigter, bliver turbinen slået helt ud af drift. At få en ny gearkasse tager lang tid, og at fjerne den massive enhed fra vindmøllens nacelle kræver en stor kran og mange dages arbejde. Hver dag, møllen ikke producerer strøm til nettet, svarer til tabt omsætning for operatøren.
På et friktionsdrevsystem med flere dæk, hvis du mister et dæk, er de andre der stadig, siger Cundy og tilføjer, at udskiftning af dæk er hurtigt - omkring en dags arbejde - og at fremtidige design vil tillade vedligeholdelse, mens turbinen stadig er i drift . Den samme redundans gælder for generatorerne - hvis en fejler, kan de andre stadig fungere. Cundy siger, at de små hylde-generatorer, der bruges i CWinds design, kan fås hurtigt og installeres forholdsvis nemt ved hjælp af en lille kran indbygget i nacellen.
Nayef siger, at de brugte dæk er designet til at holde i tre år, og at udskifte alle de dæk, der bruges på en to megawatt vindmølle, forventes at koste $30.000 - eller næsten $200.000 over 20 år. Derimod har gearkasser en gennemsnitlig levetid på seks år og koster omkring $600.000 at udskifte, eller næsten $2 millioner over 20 år. Vi kommer til at være konkurrencedygtige i forhold til konventionelle gearkassevindmøller, men alligevel har vi fordelene ved høj tilgængelighed, høj effektivitet og alle de fordele, der følger med servicevenlighed.
I sidste måned underskrev CWind en fremstillingsaftale med den globale producent af autodele Linamar , som har forpligtet sit McLaren Performance-ingeniørteam (af Formel 1-racerberømmelse) til at producere den to megawatt prototype. Som en del af den 10-årige kontrakt vil Linamar også fremstille markedsklare møller, sandsynligvis begyndende i 2011. Nayef siger, at arbejdet allerede er i gang med fem-megawatt og 7,5 megawatt designs rettet mod havvindmarkedet såvel som fjerntliggende onshore websteder, hvor nem vedligeholdelse bliver en vigtig salgsfunktion.