Электроэнергия от компактной «Ветровой турбины Фуллера. Конвертер, собирающий энергию медленных течений

Какой будет возобновляемая энергетика через 10, 20, 100 лет?

Сферическая солнечная батарея

Представьте, что солнечные электростанции будут состоять не из плоских фотоэлектрических панелей, а из сияющих стеклянных шаров. Выглядит весьма футуристично, не правда ли? Однако основатель компании Rawlemon архитектор Андре Броссель, создавая свой «сферический солнечный генератор», не стремился к чисто внешнему эффекту. Наполненный водой стеклянный шар концентрирует солнечный свет на фотоэлементах и позволяет увеличить производительность системы сразу на 35% по сравнению с обычной солнечной панелью. Если «сферу» снабдить автоматическим трекером, «отслеживающим» траекторию солнца в течение дня, она станет еще эффективней. При этом устройство масштабируется в обе стороны – от миниатюрных настольных образцов для зарядки гаджетов до солнечных электростанций промышленного масштаба. Стеклянные энергетические шары можно устанавливать на крыши домов и даже интегрировать в стены зданий. Около года назад Броссель организовал кампанию по сбору средств на свое изобретение на портале Indiegogo и уже собрал 230 тысяч долларов – почти вдвое больше, чем было необходимо для начала производства. Однако теперь его компания Rawlemon остро нуждается в специалистах микроэлектронщиках, чтобы довести разработку до ума.

Солнечные панели на орбите

Еще в 1966 году английский фантаст Артур Кларк в книге «Черты будущего» описал «ловушки» для солнечных лучей, размещенные на орбите и транслирующие энергию на Землю. Тогда это казалось чем-то невероятным. И вот теперь, полвека спустя, технология обретает реалистичные очертания. «Пятый элеменТ» уже рассказывал об успешном эксперименте Mitsubishi Heavy Industries по передаче 10 кВт электроэнергии на 500 метров с помощью микроволн и об аналогичном опыте российской госкорпорации «Ростех». Пока преодоленные расстояния далеки от космических масштабов. Однако те же японцы утверждают, что уже в следующем году запустят на орбиту первый спутник, передающий солнечную энергию на Землю, а к 2025 году создадут полноценную орбитальную энергетическую группировку.

Космический «парус», собирающий энергию солнечного ветра

Производство электричества из энергии солнечного света или земного ветра – свершившийся факт. Однако наше светило служит источником еще одного мощнейшего, но пока бесхозного вида энергии – солнечного ветра. Речь идет о потоке мегаионизированных частиц, вылетающем из солнечной короны в открытый космос со скоростью 300–1200 км/с. Эта штука «посильнее «Фауста» Гёте» и уж точно мощнее потока фотонов, называемого солнечным светом. Несколько лет назад группа ученых из Вашингтонского госуниверситета опубликовала в журнале International Journal of Astrobiology обширную работу с описанием технологии сбора этого самого «солнечного ветра». Американцы предложили запустить в открытый космос систему спутников, снабженных специальными «парусами», притягивающими ионизированные частицы электромагнитным полем. Поле, в свою очередь, образуется вокруг медного провода длиной до полумили. По подсчетам ученых, сами такие спутники обойдутся в разы дешевле, чем если бы они были оснащены обычными солнечными панелями, ведь медь дешевле кремния. В то же время производительность этих летательных аппаратов была бы просто чудовищной – в 100 млрд раз больше, чем потребляет сегодня вся наша планета. Однако пока реализации проекта препятствуют несколько нерешенных технических задач. Во-первых, построить и запустить в космос «солнечные паруса» таких размеров крайне сложно. Во-вторых, современные лазеры не позволяют транслировать энергию на столь огромные расстояния.

Ветрогенератор без лопастей

Выражение «Новое – это хорошо забытое и слегка доработанное старое» можно в полной мере отнести и к возобновляемой энергетике. Примером тому – разработанная американской компанией Solar Aero Research безлопастная ветровая турбина. В честь ее создателя и главы компании Говарда Фуллера она так и называется – Fuller Wind Turbine. В основе ветроустановки – немного видоизмененная турбина Николы Теслы, представленная аж в 1913 году. В свое время Тесла додумался «улавливать» энергию поступающей жидкости или газа с помощью тонких металлических дисков, разделенных небольшими зазорами. Фуллер снабдил диски прокладками крыловидной формы, чем многократно повысил эффективность системы. Саму же турбину он поместил в короб, захватывающий воздух и направляющий его поток на диски.

Почему «Турбина Фуллера» потенциально может заменить традиционные ветряки и стать будущим для ветроэнергетики? Тому есть несколько предпосылок. Во-первых, она совершенно бесшумна, во-вторых – безопасна для птиц, и наконец в-третьих, при аналогичной эффективности она примерно на треть дешевле.

Конвертер, собирающий энергию медленных течений

До сих пор именно гидроэнергетика остается самым эффективным ВИЭ. Однако и она в своем нынешнем виде имеет ряд существенных недостатков. С одной стороны, перекрытие рек неизбежно сказывается на окружающей среде. С другой – современные водяные турбины эффективны при скорости воды от 5–6 узлов, в то время как скорость большинства океанских и речных течений не превышает двух узлов. Профессор Мичиганского университета Майкл Бернитас разработал устройство под названием VIVACE, способное «добывать» энергию именно из медленных течений. Название любопытное: VIVACE – это и музыкальный термин, предписывающий оживленный характер исполнения музыки, и аббревиатура от Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy (использование вибраций, вызванных вихреобразованием для получения водной экологически чистой энергии). Но еще любопытнее сам принцип работы устройства. Опытный образец представляет собой гладкий цилиндр, приделанный к пружине и подвешенный в потоке воды. Такая форма провоцирует завихрения, которые толкают цилиндр вверх и вниз. Механическая энергия воды преобразуется в электричество. Несколько таких цилиндров будет достаточно для питания стоящего на якоре судна, а несколько сотен, закрепленных, скажем, на дне реки, смогут обеспечить электричеством целый город. При этом никакого вреда водной флоре и фауне это бы не принесло. По подсчетам Бернитаса, если освоить с помощью такой технологии хотя бы 0,1% энергии Мирового океана, то вопрос с электроснабжением человечества был бы решен навсегда.

Пока же ученый, заручившись поддержкой Министерства энергетики США и ряда научных фондов, испытывает пилотный проект на реке Детройт.

И хотя, все чаще и чаще можно увидеть солнечные панели на крышах домов, бытовые ветряные турбины все еще является довольно редким зрелищем. Если технологическая компания The Archimedes из Роттердама сможет доказать жизнеспособность своей...

И хотя, все чаще и чаще можно увидеть солнечные панели на крышах домов, бытовые ветряные турбины все еще является довольно редким зрелищем. Если технологическая компания The Archimedes из Роттердама сможет доказать жизнеспособность своей разработки, возможно бытовой ландшафт скоро изменится. 27 мая компания компания официально представила свою турбину Liam F1 Urban Wind Turbine, которая, по их утверждению, имеет выходную мощность в 80 процентов от теоретически возможного максимума. Это довольно смелое утверждение, учитывая, что большинство коммерческих ветровых турбин имеют мощность, в среднем от 25 до 50 процентов от технологического максимума.

Турбина имеет вес в 75 кг (165 фунтов), диаметр 1.5 метра (5 футов), и явно не выглядит похожей на типичный ветряк. По форме она напоминает наутилус и винтовой насос, изобретенный древнегреческим математиком Архимедом из Сиракуз.

Такой форм-фактор, как сообщается, приводит к минимальному механическому сопротивлению, что позволяет турбине вращаться свободно и бесшумно - именно шум от лопастей является основным препятствием к установке турбин на крышах зданий. Кроме того, турбина сконструирована таким образом, чтобы всегда находится по ветру, для получения максимального результата.

Наряду со своим обещанием, что турбина в состоянии достичь 80 процентов предела закона Беца, компания Archimedes заявляет, что The Liam F1 генерирует в среднем 1500 киловатт-часов энергии в год, при скорости ветра в 5 м/с, что представляет собой половину потребляемой мощности среднего домохозяйства. Само собой разумеется, будет интересно посмотреть, что на это скажет независимое тестирование. Компания заявляет, что она тестировала The Liam F1 более 50 раз, с целью подтверждения эффективности и уже продала 7000 турбин в 14 странах.

Ветровая турбина, по заявлению создателей, станет, значительно более эффективной, нежели большинство существующих ветряков

Тем не менее, ветровая турбина Liam F1 Urban Wind Turbine будет официально доступна для продажи только с 1 июля. Впрочем, цены известны уже сегодня - на официальном веб-сайте компании есть объявление о том, что их стоимость составит €3999 (около $5450).

Турбина Liam F1 Urban Wind Turbine в действии

«Ветряные линзы» - инновационная разработка японских ученых. Ветряная линза функционирует аналогично увеличительному стеклу, вот только вместо фокусировки света, ветряная линза, которая представляет собой направленное внутрь изогнутое кольцо по периметру окружности, описываемой лопастями турбины во время их вращения, фокусирует воздушный поток, направляя и ускоряя воздух, когда он входит в зону лопастей. Диаметр линзы составляет 112 метров.

Ветряная линза состоит из входной направляющей насадки, диффузора и внешней кромки. Сильные вихревые потоки, создаваемые диффузором и внешней кромкой ветряной линзы, образуют область низкого давления за пределами турбины. Это увеличивает разность давлений, что позволяет направлять больше ветра в ветряную линзу. Больше воздуха дает больше энергии. Исследователи заявляют, что данный метод способен увеличить производимую ветряной турбиной мощность, одновременно уменьшая шум.

В попытке продвижения идеи применения ветряных линз в открытом море, команда разработчиков создала плавучие платформы в форме шестиугольника для их поддержки. Платформы могут быть объединены в конструкцию в форме пчелиного улья.

Рис.6.3. Ветряные линзы

Размещение ветровых линз на плавучих платформах у берегов Японии позволит в ближайшее время существенно увеличить производство электроэнергии. В марте 2011 года, в кампусе японского университета Kyushu начались испытания «ветровых линз» - инновационной системы ветротурбин, способных генерировать в 2-3 раза больше электроэнергии, чем традиционные ветроагрегаты и существенно снизить цену «ветрового электричества». Данная технология снижает цену ветра ниже стоимости ядерного топлива и угля без дополнительных дотаций.

Ветрогенератор без лопастей

Ветрогенератор без лопастей - одно из главных преимуществ новинки, по словам её создателей, – это способность работать в очень широком диапазоне скоростей ветра. Другое достоинство – компактность. (Рис. 6.4.)

Рис. 6.4. Образец мощностью 10 кВт

Необычный ветряк, по заверению производителя будет стоить на треть дешевле классических ветровых установок той же мощности, а цена на энергию от новой турбины окажется сопоставимой стоимости электричества из розетки.

Изобретатель безлопастного ветряка, владелец патента, - это президент Solar Aero Говард Фуллер (Howard Fuller). Новую установку компания именует «Ветровая турбина Фуллера» (Fuller Wind Turbine).

В основе этого устройства лежит несколько дополненная турбина Теслы (Tesla turbine), изобретённая в 1913 году.

Турбина Теслы - это набор из множества тонких металлических дисков, разделённых небольшими зазорами. Поток рабочей жидкости или газа поступает с внешнего края дисков и проходит по зазорам к центру, закручиваясь и увлекая за счёт эффекта пограничного слоя сами диски. В центре же поток выходит через осевое отверстие.

В турбине Фуллера диски разделены прокладками в форме крыла, что улучшает прохождение потока, а кроме того, создаёт дополнительный крутящий момент на валу. Сама же турбина установлена в коробе, захватывающем воздух, чтобы обрушить его течение на вращающиеся диски.

По оценке компании, в серийном производстве Fuller Wind Turbine будет стоить порядка $1,5 за ватт выходной мощности, а электричество от такой установки обойдётся покупателю примерно в $0,12 за киловатт-час.

Американская компания Solar Aero Research создала турбину без лопастей Fuller . По заявлению компании, изобретение отличается компактностью и невысокой стоимостью – на 1/3 дешевле классических ветровых установок той же мощности.

В основе ветровой установки лежит измененная турбина Теслы (Tesla turbine), изобретенная в 1913 г. для выработки энергии из пара или сжатого воздуха. Турбина Теслы – это множество тонких металлических дисков, разделенных небольшими зазорами. Поток рабочей жидкости или газа поступает с внешнего края дисков и проходит по зазорам к центру, закручиваясь и увлекая за счет эффекта пограничного слоя сами диски. В центре поток выходит через осевое отверстие.

В турбине Fuller Wind Turbine(Турбина Теслы ) диски разделены прокладками в форме крыла – это улучшает прохождение потока и создает дополнительный крутящий момент на валу. Сама турбина установлена в коробе, захватывающем воздух, чтобы обрушить его течение на вращающиеся диски.