Vindkraftens framtid kan se helt annorlunda ut än de välbekanta-och kontroversiella-horisontella axlarna vi känner till. JANEK SKARZYNSKI/AFP/Getty Images En av de mest lovande alternativa energiteknikerna har, under de senaste åren, fick mer skepsis än beröm. Horisontella axel vindkraftverk (HAWT), de massiva, torn med blad som förvandlar en blåsig dag till ren energi för nätet, kan också döda fåglar och fladdermöss, kräver dyrt regelbundet underhåll, har problem med effektivitet och bara generellt irriterar lokalbefolkningen med plötsligt hindrade vyer och oönskade (och möjligen ohälsosamma) ljudnivåer.
Den amerikanska vindkraftsparkinstallationen har därför saktat ner, men en tillströmning av statlig finansiering 2012 kan ge nytt hopp om vindkraft [källa:Hurdle]. Forskning har gett några fantastiska möjligheter i funktioner och generationsmetoder; många maskiner på ritbordet ser ut och fungerar väldigt lite som de "väderkvarnar" vi är vana vid.
Vindens framtid kanske inte ligger i blad, på gårdar, eller till och med fixerad till jorden. Här är 10 av de mest unika tillvägagångssätten för att förbättra sättet vi förvandlar vind till el. Vissa är lite drömmande, andra i olika stadier av design och prototyp, och ett par skryter med preliminära datum för kommersiell försäljning.
Vi börjar med en vars uppfinnare säger fångar mycket mer vind än konventionella mönster och kan finnas på marknaden 2013.
Innehåll
Traditionella HAWT -blad, som de ovan, håll dig till en vertikal orientering, men framtida projekt kanske kan sända luft från många håll till ett. FRANK PERRY/AFP/Getty Images Riktning har gjorts, med justerbara turbinblad monterade i traditionell, vertikal orientering som kan röra sig för att ta emot riktningsändringar. IMPLUX går ett annat sätt med metoden, transportera luft från flera riktningar till en vertikalaxeluppställning.
Uppfinnarna på Katru har, i sin arbetsmodell av ett vindturbin på taket för småskalig energiproduktion, skapat en enhet som fångar mer vind genom att samla den innan den träffar turbinbladen [källa:Yirka]. Runt omkring, lamellkammare fungerar som en 360-graders insugningsstruktur som tar vinden från alla håll och omdirigerar den på bara en:uppåt, till horisontellt snurrande blad (en helikopterliknande orientering).
Eftersom turbinen är innesluten, och höljet lameller är placerade nära varandra, det utgör ingen fara för fåglar och producerar väldigt lite buller jämfört med nuvarande turbinformer [källa:Katru Eco-Inventions].
IMPLUX skulle monteras ovanpå byggnader för att fånga den relativt outnyttjade energin som flödar över stadskärnor. Den senaste modellen är bara 2,7 meter lång och upp till 1,2 kilowatt; Katru planerar att öka det till ett maximalt 6 kilowatt i slutet av 2013, när IMPLUX är avsedd för kommersiell tillgänglighet [källa:Katru Eco-Inventions].
Nästa, på en helt annan nivå ...
Grundaren av Joby Energy står med sin prototyp av ett luftburet vindkraftverk. Robert Nickelsberg/Getty Images Sätt, långt över marken, det finns tillräckligt med vindkraft för att driva 50 jordklot, enligt branschgruppen Alternativ energi [källa:Alternativ energi]. Dessa vindar på hög höjd, historiskt utom räckhåll för vår teknik och vetenskap, kan vara på väg att mata våra nät.
Flera företag konstruerar luftburna turbiner som skulle sväva tusentals meter i luften, omvandla vindar på hög höjd till elektricitet. Designen sträcker sig från drag-typ strukturer till blimps, i huvudsak flygande turbiner som skulle fånga vind, konvertera den till elektrisk kraft, och skicka den ner till jorden genom en fästning.
Säkerhetsproblem finns i överflöd, en annan anledning till att flygande turbiner har varit en bakljusdröm [källa:Alternativ energi]. Federal Aviation Administration har rekommenderat en gräns på 2, 600 fot (600 fot) för sådana konstruktioner, för att undvika störningar i flygtrafiken, och designers måste bevisa att de kan landa sina turbiner på ett säkert sätt om ett fästband skulle misslyckas eller om extremt väder skulle orsaka andra funktionsstörningar.
Turbiner på hög höjd befinner sig i olika utvecklingsstadier. De har ännu inte testats på de höga höjder som de är avsedda för [källa:Alternativ energi].
Nästa, Tesla kommer in i bilden.
Nikola Tesla - avbildad här i statyform i hembygden Smiljan, Kroatien - är hopppunkten för en ny vinddesign. HRVOJE POLAN/AFP/Getty Images Inspirerad av en motordesign som patenterades av uppfinnaren Nikola Tesla 1913, ett företag som heter Solar Aero har konstruerat ett vindkraftverk utan blad, ett litet fotavtryck och enligt formgivarna, tillräckligt låga underhållskostnader för att sänka elpriset till koleldade priser [källa:Zyga].
Fuller -turbinen använder tunna metallskivor för att vrida en generator. Skivorna i airfoil-stil är nära åtskilda och vinklade så att när vinden strömmar genom enheten, de snurrar, oavsett vindens riktning eller styrka. Eftersom antalet diskar kan ökas eller minskas för att uppnå olika effekt och storlekar, Fuller -turbinen kan enkelt anpassas för att rymma en mängd olika platser.
Enkel åtkomst till disk-och-generator-installationen, tillsammans med krav på minskad höjd eftersom bladfrigång inte är en faktor, innebär lägre underhållskostnader, enligt Solar Aero. Avlägsnandet av bladavståndet från ekvationen innebär också att enheterna kan placeras närmare varandra, så 20 Fullare turbiner skulle kräva mindre mark än standard, bladmaskiner [källa:Zyga].
Liksom många andra innovationer på den här listan, Fuller -turbinen tar hänsyn till fåglar:Hela rörliga systemet skärmas in.
Nästa, en annan motor fungerar som musa.
Jetmotorn är utgångspunkten för några nya vindkonstruktioner. PHILIPPE LOPEZ/AFP/Getty Images Ett dotterbolag till flygindustritillverkaren FloDesign har tagit jetmotorkonceptet till vindenergi. FloDesign vindkraftverk är mindre än nuvarande turbinstrukturer men kan, enligt uppfinnarna, producera upp till fyra gånger mer kraft [källa:LaMonica].
Ungefär som en jetmotor, FloDesign har en uppsättning fasta blad som sitter framför de rörliga turbinbladen. De är åtskilda och vinklade för att dra nytta av variationer i vindhastighet för att producera en snabbblandande virvel-en virvel som suger in ytterligare vind (som skulle missas av typiska turbinutformningar) och påskyndar den [källa:Bullis]. Det är denna större volym snabbare rörlig luft som träffar de rörliga bladen, snurrar generatorn.
Enhetens konstruktörer säger att FloDesign kan producera lika mycket energi som en HAWT -enhet dubbelt så stor [källa:Bullis]. Under 2011, enheten installerades på en ö i Boston Harbor, och det fungerade bra [källa:Watt Now].
Nästa, eliminerar friktion ...
Magnetisk svävning används redan för att flytta tåg, som den här som testas i Tyskland. NIGEL TREBLIN/AFP/Getty Images En av anledningarna till att vindkraftverk är relativt ineffektiva är friktionen mellan rörliga delar [källa:Fecht]. Den friktionen slösar bort energi, minska turbinens effekt. Om du kunde, säga, sväva en turbins blad snarare än att fysiskt fästa dem på basen, att friktionen skulle elimineras.
Denna teknik är tillgänglig. Flera företag, i olika utvecklingsstadier, jobbar på maglevturbiner . Magnetisk levitation, som har drivit renenergitåg i flera år, har potential att öka vindkraftverkseffektiviteten med upp till 20 procent, enligt Kina-baserade Guangzhou Energy Research Institute [källa:Fecht]. Dessa friktionsfria enheter kan utnyttja långsammare vind, förvandla mer av vindkraften de fångar till elektricitet, och har mindre slitage än traditionella modeller.
USA-baserade Regenedyne och NuEnergy utvecklar båda maglevturbiner för kommersiell försäljning. Modellerna är tysta, säkrare för fåglar och är betydligt billigare än enheter av "väderkvarn" -typ [källa:NuEnergy]. Livslängd skulle ha mycket att göra med det:Regenedyne hävdar en maglev-turbinlivslängd på 500 år, jämfört med cirka 25 år för nuvarande, friktionsfyllda modeller [källa:Off Grid Technologies].
Nästa upp, vindenergi går rekreation ...
Abu Dhabis futuristiska utseende kan så småningom mjukna upp och inkludera ett landskap av vassliknande bladlösa turbiner. Alan Copson/Photographer's Choice/Getty Images Stadsplanerare i Abu Dhabi föreställde sig ett futuristiskt samhälle där ren energi skulle vara mer än energi; det skulle njutas. Designföretag lämnade förslag, och ett företag i New York vann förstapriset för sitt koncept om ett fält av vassliknande turbiner som rör sig i vinden som vetestjälkar.
Atelier DNA tänkte sig smal, graciösa turbiner som kallas Windstalks. Varje LED-belyst, 180 fot (55 meter) stjälkvågor i vinden, skapa rörelseenergi för att driva en momentgenerator [källa:Danigelis]. En smal, bladlös design möjliggör nära avstånd, säkerhet för fåglar och fladdermöss och, mest unikt, en härlig kvällspromenad:Designers hoppas att invånarna en dag kommer att ta promenader genom en gård med svajande Windstalks, uppleva ren energi som något som konst.
Tanken gör vindkraftparken till en visuellt trevlig installation, snarare än en att stå ut med i renhetens namn, förnybar kraft. Det är ett innovativt sätt att ta bort ett av de mest högljudda invändningarna mot vindkraftparker idag, föreställer mig istället möjligheten att i framtiden, människor kanske faktiskt vill bo nära tunnland och tunnland turbiner.
Nästa, uppmanar en av de äldsta, mest effektiva sätt att fånga vindkraften ...
Segel fångar vindens energi bättre än någon annan mänsklig design. laura a. watt/Flickr/Getty Images Ett av de äldsta sätten att fånga vindkraft är seglet. Sedan de allra första skeppsbyggarna reste en mast, det enkla seglet har utnyttjat mer av den kinetiska energin i vinden för mänskligt bruk än någon annan struktur [källa:Zaghdoud].
Segla som inspiration för ett högeffektivt vindkraftverk, sedan, ger perfekt mening, och Saphon Energy hoppas kunna implementera den i en segelformad turbin som den kallar för Saphonian. Jämfört med en standard, design med blad, desto mer aerodynamisk, turbin med lägre friktion kan använda upp till dubbelt så mycket energi i en given tillförsel av vind, använder den för att skapa hydrauliskt tryck för att driva en generator [källa:Zaghdoud]. Enligt Saphon, dess senaste prototyp är mer än dubbelt så effektiv som en typisk vindkraftsturbin [källa:Zaghdoud].
Som en intressant sidnotering, Saphonian tar sitt namn från Baal-Saphon, en vindgud inom religionen i forntida Kartago. Särskilt, Baal-Saphon styrde vinden som skulle käka upp havet, och han dyrkades av kartagiska sjömän på deras resor [källa:Saphon].
Nästa, vid bladets kant ...
Slitage på traditionella rotorblad bidrar till kostnaden för vindkraft. Sean Gallup/Getty Images Slitage är en allvarlig fråga i vindkraftverk, eftersom upprepade gånger byte av dyra delar ökar kostnaden för den kraft de genererar. Risø National Laboratory for Sustainable Energy i Danmark tar sig an en av de största slitage-synderna:den extraordinära belastningen som läggs på turbinkonstruktioner när deras massiva blad roterar [källa:Alternativ energi].
För att minska den belastningen, Risø -forskare har tagit fram ett annat slags blad - eller åtminstone en annan sorts kant för det. De tror att en bakkant som kan böjas medan bladet roterar, skapar ett jämnare luftflöde från bladet, kommer att dramatiskt minska belastningen på stödstrukturen [källa:Alternativ energi].
Forskare pekar på klaffarna på flygplansvingar som ett exempel på konceptet:De klaffarna ändrar vingeens form för att ge ökad kontroll över lyftkrafterna vid start och landning. En bakkant av gummi, på liknande sätt, kan öka stabiliteten hos snurrande turbinblad, minska mängden påfrestning på komponenterna som håller dem [källa:Alternativ energi].
Risøs flexibla kant är fortfarande i forsknings- och designfasen.
Nästa, ett nytt sätt att göra det offshore ...
Dessa massiva trebeniga stålben är nödvändiga för att förankra varje turbin i en vindpark i Nordsjön-ett krav som gör en viss offshore-konstruktion oöverkomligt dyr. Sean Gallup/Getty Images Havsbaserade vindkraftparker erbjuder enorm potential inom vindkraft, men potentiella nackdelar gör deras framtid osäker. En av de största bekymmerna är ekonomisk, särskilt vad gäller kostnaden för att förankra ett vindkraftverk till havsbotten. Det priset på den konstruktionen är så högt att det väcker tvivel om livskraften för storskalig offshore-kraftproduktion.
Många företag letar efter sätt att minska den kostnaden. En av dem, Technip, gick på det från en tyngdpunktsvinkel, vända den traditionella turbinstrukturen på sin sida. Effekten är en stabilare struktur:Vertiwind -designen flyttar generatorn, den tyngsta komponenten, närmare havets yta - 20 meter över havet, snarare än de vanliga 60 meterna; det gör också rotationsaxeln vertikal [källa:Gatto]. Det kombinerade resultatet är en lägre tyngdpunkt som minskar djupet och komplexiteten i förankringskraven [källa:Snieckus]. Helst, Vertiwind -turbiner behöver inte alls fixas till havsbotten.
Från och med januari 2013 en 35 kilowatt Vertiwind -prototyp är klar för testning utanför Frankrikes kust [källa:Wind Power Intelligence].
Det är inte, tydligen, det enda sättet att göra det, fastän. En sista vindkraftsinnovation föreslår en annan lösning för höga offshore-kostnader.
Nuvarande havsbaserade vindkraftverk är fästa vid havsbotten; i framtiden, turbinerna kan hållas på plats av ett ankare. Ulrich Baumgarten/Getty Images Wind-power-samarbetet WindPlus arbetar också med förankringsfrågan. I detta fall, fastän, turbinen behåller sin horisontella axel, som du ser på de flesta landbaserade strukturer; den stora utvecklingen här är ett stödsystem som kallas WindFloat.
WindFloat är en halvt nedsänkbar plattform som hålls på plats av ett drag-inbäddningsankare. I dra inbäddning, det finns ingen konstruktion på havsbotten. Istället, ett ankare dras längs golvet tills det bäddar in sig på önskat djup. Den dragförankrade plattformen stöder en offshoreturbin som den som vanligtvis används nu. WindFloat kan möjligen möjliggöra en prisvärd installation av större turbiner än de som producerar offshorekraft nu.
Denna flytande turbinkonstruktion tillåter inte bara lägre installationskostnader utan också lägre monteringskostnader, sedan hela installationen, både plattform och turbin, kan monteras på land. Nuvarande teknik bygger på montering till sjöss, vilket innebär mycket mer instabila och logistiskt komplexa förhållanden [källa:Macguire]. WindFloats används redan utanför Portugals kust, och, från december 2012, planer för installation utanför kusten i Oregon går framåt [källa:Recharge].
Det Oregon-projektet har delvis grönt belysts av nya utvecklingsbidrag från både Europeiska unionen och USA [källa:Recharge]. Ny statlig finansiering för vindkraft, särskilt offshore -sorten, som utfärdades i slutet av 2012 kan innebära stora steg i utvecklingen. Förhoppningarna är att med pengar till perfekt design och implementering av mer verkliga tester, innovationer som dessa kan dramatiskt öka vindens lönsamhet som en betydande källa till överkomliga priser, ren energi.
Det finns otaliga innovativa sinnen som arbetar för att förbättra vindkraftverkens prestanda, men här, Jag var tvungen att välja 10. Det finns så många där ute, några tunga justeringar för mekanisk effektivitet, andra koncentrerar sig på att eliminera problem med "ögon" och miljöskador, och många tar upp båda. Jag valde just dessa innovationer eftersom jag tyckte att de var särskilt unika eller överraskande, eller deras djärva påståenden har faktiskt styrkts i fälttester.
Varje listad innovation, också, kan dyka upp i arbetet med fler företag än jag kunde inkludera här. Det är fantastiskt hur många uppfinnare som träffar samma märke.
