Légi szélenergia-rendszer – áram a magasból
Az a módszer hozhatja el a szélenergia következő szintjét.
A kutatók készen állnak arra, hogy repülő drónok segítségével fejlesszék a szélenergia hasznosítását, elősegítve ezzel a hatékonyságot és a nettó nullára vonatkozó kezdeményezéseket.
A légi szélenergia-rendszerek (AWES) a hagyományos szélturbináknál nagyobb magasságban gyűjti a szélenergiát egy földi állomáshoz rögzített drón segítségével – írja a Interesting Engineering. Amint a drón eltávolodik a földi állomástól, az erős szél meghajtja a generátort, amely áramot termel.
A Bristoli Egyetem csapata, amelyet Dr. Duc H. Nguyen, a repülésdinamika és -irányítás oktatója vezet, 375 000 font támogatást kapott az Egyesült Királyság Mérnöki és Fizikai Tudományos Kutatási Tanácsától (EPSRC) az AWES területén végzett további kutatásokra.
A kutatók azt állítják, hogy a technológia előnyös lehet az Egyesült Királyság energiaágazatának, mivel csökkenti annak szén-dioxid-kibocsátását, rugalmasságot biztosít a tengeri és szárazföldi műveletekhez egyaránt, és javítja a távoli területeken való működés képességeit.
Az EPSRC finanszírozása mellett a projekt az ágazat két vezető szereplőjével – a norvég Kitemill tiszta energiával foglalkozó startup céggel és a madridi Carlos III Egyetemmel – való együttműködésből is profitál.
Az AWES a hagyományos szélturbináknál nagyobb magasságban teszi lehetővé a szélenergia hasznosítását. Ehhez egy pilóta nélküli légi járművet (UAV) kötnek egy földi állomáshoz. Az UAV-t felhúzza az erős szél, ami a földi generátort hajtja, és áramot termel.
A Kitemill által kifejlesztett modellben a sárkány körbe-körbe repül lefelé a szélben, miközben a kötél húzásával felhajtóerőt hoz létre. A sárkány a szélsebesség körülbelül egyharmada után spirálisan siklik, ahol a széllel való érintkezése spirál alakban megnő.
Amikor eléri a kötél maximális fesztávolságát, pozíciót vált és gyorsan felhúzza magát, hogy maximalizálja az energiatermelést és minimalizálja a visszatérési fázisban felhasznált energiát.
Ezek a sárkányok folyamatosan robotpilótával működnek, keresve a megfelelő magasságot, valamint a szélsebességet. Arra vannak programozva, hogy visszatérjenek és leszálljanak a földi állomáson, ha zord időjárás vagy alacsony szélsebesség van.
A legnagyobb teljesítmény előállításához az AWES-nek bonyolult mintázatokban kell repülnie, miközben erős aerodinamikai erőknek kell ellenállnia. Ez a felállás egy összetett rendszert eredményez, érzékeny kezelési jellemzőkkel, ahol már egy apró számítási hiba is a drón lezuhanását okozhatja.
A finanszírozás célja, hogy támogassa Nguyent és partnereit e nehézség kezelésében. Arra számítanak, hogy a tanulmány növelni fogja a technológia hatékonyságát és biztonságát, megnyitva ezzel az AWES kereskedelmi forgalomba hozatala előtt.
Az AWES kereskedelmi életképessé tételéhez két kulcsfontosságú területen kell javulást elérni. Gyakran azonban kompromisszumokat kell kötni: összetett vezérlőt kell tervezni egy egyszerűsített AWES-modell alapján, vagy egy egyszerű vezérlőt kell tesztelni egy nagy pontosságú modellen.
A csoport szerint az AWES-közösség jelenleg nem rendelkezik olyan módszerrel, amellyel az összetett modell/szabályozó párosokat gyorsan ellenőrizni lehetne. Ez a hiányosság számos prototípust megakadályozott abban, hogy elérje a teljes működési kapacitást, ami a projektek korai befejezéséhez vezetett, és akadályozta a kereskedelmi forgalomba hozatalt.
A szélenergia átalakítása
A Nguyen által vezetett új projekt célja, hogy ezt a kihívást bifurkációs és folytatási módszerek segítségével kezelje. Ezek a numerikus technikák, amelyeket sikeresen alkalmaznak repülőgép-dinamikai tanulmányokban az olyan veszélyes viselkedések előrejelzésére, mint a szárnyak megingása, a megpördülés és a mélyrepülés, a különböző körülmények között várható viselkedés „térképét” adják.
A kutatók szerint a bifurkációs és folytonossági módszerek felhasználásával megvalósíthatóvá válik az összetett vezérlőrendszerekkel rendelkező, nagy ponotsságú AWES-modellek gyors prototípusalkotása és tesztelése.
Ez a megközelítés lehetővé teszi olyan új konstrukciók kifejlesztését, amelyek maximalizálják az energiatermelést, miközben minimalizálják a fejlesztési időt.
„A meglévő technikák bifurkációs módszerekkel való felváltásával az AWES jelentős költségmegtakarítást és jobb teljesítményt érhet el, ami végső soron közelebb hozza ezt a technológiát a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz” – mondta Nguyen egy nyilatkozatban.
A csapat rámutat, hogy 2050-re a légi szélenergia az előrejelzések szerint évi 70 milliárd euró értékű energiát fog biztosítani, ami bizonyítja a hatalmas lehetőségeket.
„Az AWES technológia kivételes anyaghatékonyságával és magasabb energiatermelésével az energiaipar meghatározó erejévé válhat” – mondta Thomas Hårklau, a Kitemill társalapítója és vezérigazgatója.
