Turbina eólica sem pás

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Um sem linas de turbina eólica é um dispositivo que permita a produção de energia eólica , que é caracterizada por uma ausência do rotativo sistema presente no modelo convencional. Permite aproveitar a força cinética do vento para transformá-la em energia elétrica . Porém, os protótipos desenvolvidos não possuem a mesma estrutura, embora a ausência das lâminas seja comum a todos esses modelos. Alguns deles serão conectados ao solo pela presença de mastros verticais, enquanto outros são projetados como sistemas de bolso.

Existem, portanto, muitas diferenças entre essas turbinas eólicas que diferem das atuais turbinas eólicas.

Saphoniano

Este novo protótipo de turbina eólica foi projetado dentro da startup tunisiana Saphonian Energy , com o nome de “Saphonian”, em referência ao deus cartaginês do vento, Baal Saphon . O objetivo inicial é produzir eletricidade verde em toda a África para fornecê-la aos países em desenvolvimento e em países onde as conexões de energia não são possíveis. Este novo sistema também leva em consideração as gerações futuras para o respeito ao meio ambiente e a conservação dos recursos, que é um dos principais objetivos dos inventores. No entanto, o desenvolvimento deste aerogerador alternativo também faz parte de um projeto de desenvolvimento sustentável com o objetivo de preservar o meio ambiente em que vivemos e, em última instância, contribuir para o desenvolvimento de energias renováveis. Esta nova inovação é, portanto, considerada uma inovação “revolucionária” destinada a interromper ou limitar o uso de combustíveis fósseis .

Histórico

Princípio de fabricação e modo de operação

A Saphonian é, portanto, caracterizada por um sistema inovador, “Zero Blade Technology”. Esta tecnologia, para a qual foi solicitada uma patente, não tem lâminas. Todo o sistema rotativo que é o núcleo central para a geração de energia foi substituído por um corpo compacto em forma de vela curva para compensar esta ausência de pás. Este novo protótipo seguirá o movimento do vento movendo-se de forma tridimensional e desenhando um nó para frente e para trás. Este sistema, portanto, captura a energia cinética produzida pelo vento para transformá-la em energia mecânica . Essa energia atuará sobre os pistões que geram pressão hidráulica. Este aumento de pressão poderá assim ser aproveitado ao nível dos geradores hidráulicos para produzir eletricidade ou ser armazenado num acumulador hidráulico , de forma a reduzir o efeito da intermitência.

Características

Do ponto de vista ecológico, este novo protótipo apresenta algumas vibrações que podem ser percebidas pela vizinhança. Esta ausência de sistema rotativo, por outro lado, permite não perturbar as ondas de comunicação, bem como para o rádio , a televisão e os radares de detecção civis e militares. Os pássaros e morcegos seriam menos impactados por este sistema devido à ausência de lâminas. No entanto, a estrutura permanece um obstáculo no espaço aéreo, especialmente máquinas de alta potência e, portanto, representa um risco para as aves migratórias com pouca visibilidade, à noite ou com mau tempo.

O armazenamento de energia é possível por meio de um acumulador hidráulico .

No que diz respeito à gestão de resíduos , como todas as energias renováveis, a sua entrada em funcionamento não emite gases com efeito de estufa . Sua fabricação também não requer o uso de vários recursos e as operações de manutenção são relativamente fáceis.

Na sequência da extensa pesquisa realizada pelo start-up, a eficiência máxima da Saphonian, inicialmente limitada ao limite de Betz que estipulava que a parte da energia cinética do vento que se transforma em energia mecânica não pode ultrapassar 59%. foi excedido.

Porém, produz energia de forma intermitente, pois a altura do mastro não permite que alcance áreas onde os ventos são mais constantes. Assim, a ausência de vento não permite a produção de energia.

Implantação

Estas novas turbinas eólicas não têm quaisquer restrições ao seu local de instalação, podem ser dispostas em vários espaços. Com efeito, as restrições que podem estar associadas às ondas de radar e ao ruído não devem ser tidas em consideração. A forma desta turbina eólica facilita o seu transporte e instalação. Portanto, oferece amplas possibilidades de instalação, que podem se estender até áreas urbanas, apesar da presença de ventos turbulentos. Com efeito, este último permitiria aumentar a força aerodinâmica do Saphonienne e, assim, reduzir os custos associados às ligações à rede .

Destino desta turbina eólica

A obtenção de uma patente internacional em 2013 permitiu à empresa obter a colaboração de um banco indiano para a celebração de um contrato de instalação de um parque eólico composto por 50 safonianos com energia de 20  kWh cada.

Vórtice: A turbina eólica sem elipse

A turbina eólica sem pás Vortex é uma turbina eólica sem pás inventada por uma startup espanhola criada por David Yáñez, David Suriol e Raúl Martín. Os três homens tinham a ambição de produzir eletricidade em áreas residenciais , o que os levou a projetar esta turbina eólica sem elipse.

Em 2013, a star-tup nasceu graças ao financiamento da Repsol, empresa petrolífera espanhola.

Atualmente, esses aerogeradores ainda não são comercializados, estão em processo de industrialização. A start-up aguarda certificações e aprovações para ser integrada aos planos da rede urbana. A equipe espera ser capaz de produzir geradores de 4 quilowatts para indivíduos. A meta de longo prazo é um gerador de 1 megawatt para uma altura de mais de 150 metros. Três formatos diferentes são planejados pelos designers:

Operação

Os vórtices de ar geralmente são uma restrição real nas estruturas . Isso efetivamente causa fortes vibrações que podem danificar as estruturas. É justamente esse conceito que os inventores da turbina eólica sem elipse usaram.

A estrutura atrai vórtices que se desenvolvem em frequências determinadas de acordo com a velocidade com que o vento se move, quando a frequência dos vórtices ou vórtices coincide com a frequência da estrutura, a energia pode ser absorvida e atingir o pico através do acoplamento aeroelástico. Este meio de transmissão de energia vem de um fluido (ar) para uma estrutura. Além disso, os discos magnéticos auto-repelentes aumentam as oscilações .

Em comparação com uma turbina eólica convencional, a turbina oscila, o que produz movimento e deslocamento. O sistema baseia-se nos mesmos princípios de um alternador  : indução eletromagnética .

Até o momento, apenas dois protótipos (4 e 6 metros de altura) foram testados em condições reais.

Materiais usados

Os materiais usados ​​são muito semelhantes aos usados ​​para turbinas eólicas convencionais.

O mastro é feito de um composto de fibra de vidro e carbono. São esses materiais que permitem que o mastro oscile com o vento, aproveitando o efeito de vórtice. A haste da base do mastro é feita de fibra de carbono e seu movimento, dentro de um alternador linear, gera eletricidade.

Muitos esforços são feitos para reciclar estruturas compostas, mais particularmente aquelas baseadas em fibra de carbono devido ao alto custo das novas fibras. A fibra de vidro é mais difícil de atualizar. A trituração de uma lâmina de turbina eólica produz quase 7 toneladas de resíduos de fibra de vidro , bem como poeira prejudicial à saúde.

Para chegar

A turbina eólica sem pás responde mais rapidamente às mudanças no vento, pois capta oscilações em todas as direções.

O seu tamanho e as características dos seus materiais tornam-no bastante leve.

Os testes iniciais mostram que o vórtice operará a menos de 20 hertz, o que significa que será silencioso. Para ventos com velocidade de 16 m / s, a torre oscilou em cerca de 4 hertz. Em ventos fortes, um sistema de sincronização no controlador altera a frequência ressonante natural na estrutura.

A startup espera, portanto, uma redução de 53% nos custos de construção, 51% nos custos operacionais, 80% nos custos de manutenção, 40% nas emissões de CO 2 . finalmente, a energia produzida teria um custo menor de 40%.

A principal desvantagem dessa nova estrutura é a rentabilidade, que parece menor.

Em resumo, essas turbinas eólicas de nova geração são menos produtivas do que uma turbina eólica convencional (cerca de 30% menos rendimento), mas ocupam menos espaço, portanto sua instalação é mais fácil e custa menos.

Mesmo que os estudos pareçam promissores, a turbina eólica vórtice ainda não foi comercializada. Muito mais dados precisam ser coletados e mais testes feitos antes da adoção comercial ou mesmo da adoção pelos fabricantes.

Cinturão de vento

Como a invenção da turbina eólica Vortex, foi depois do colapso da ponte Tacoma Norrows que Shawn Frayn teve a ideia de inventar o Windbelt.

O Windbelt é uma inovação que gira em torno de dois princípios básicos: "Aero elastic Flutter" e indução eletromagnética.

O princípio de "Flutter Aeroelástico" envolve forças aerodinâmicas que atuam sobre uma estrutura permitindo a obtenção de uma oscilação autoalimentada de alta energia. Vibrações aeroelásticas podem ocorrer em qualquer objeto sujeito ao vento.

O princípio da indução eletromagnética vem de Michael Faraday. A indução eletromagnética é a produção de energia através de um condutor em uma mudança de campo magnético. Na prática, um campo magnético variável aplicado através de um fio condutor em um circuito fechado irá gerar eletricidade.

Foi Shawn Frayn quem em 2004 inventou este dispositivo para coletar energia e que começou a ser testado em laboratório .

Componentes e princípio de operação

É a fita de polímero flexível esticada entre suportes posicionados transversalmente ao vento que converte a força do ar ou do vento em movimento. É essa oscilação que cria uma corrente elétrica. Na verdade, a membrana vibra sob o efeito de uma batida aeroelástica. Um ímã é colocado no último em cada extremidade . O movimento vibratório dos ímãs induz uma corrente por indução eletromagnética nas bobinas de captação.

O Windbelt é composto por:

Benefícios

Este dispositivo parece mais adequado em pequena escala porque não há engrenagens e rolamentos, o que o torna uma turbina eólica muito resistente às intempéries.

O Windbelt pode ser ajustado para otimizar as vibrações aeroelásticas. Ele pode, portanto, operar em diferentes velocidades de vento e até mesmo em baixas velocidades de vento. Os fabricantes esperam que o dispositivo dure 20 anos. Esta instalação bastante simplista poderia ser facilmente feitas em desenvolvimento países . O Windbelt seria assim usado para fornecer luzes em áreas urbanas e rurais.

Desafios a superar

A tecnologia Windbelt ainda está em estágio de protótipo. Embora muitos resultados laboratoriais em modelos em escala sejam positivos, várias controvérsias são feitas sobre essas turbinas eólicas. Alguns argumentam que os números ainda são bastante decepcionantes e que dispositivos de grande escala podem falhar e entrar em colapso, assim como a Ponte de Tacoma, que inspirou Shawn Frayne. Shawn Frayne indica que, atualmente, o dispositivo Windbelt produz energia razoavelmente constante em velocidades de vento entre 4 e 15  m / h . Em velocidades mais altas do vento, o aumento na produção de energia não é significativamente proporcional ao aumento na velocidade do vento. Frayne também admite que o Winbelt provavelmente não suportaria ventos acima de 50  mph .

Até o momento, portanto, resta projetar essas turbinas eólicas em tamanho real.

Turbinas de tufão

O aquecimento global também envolve o aquecimento dos oceanos. Os cientistas então prevêem furacões e tempestades tropicais cada vez mais poderosos. Esses fenômenos climáticos massivos podem criar velocidades do vento superiores a 150 milhas por hora, o que é uma grande quantidade de energia.

Um engenheiro japonês, Atsushi Shimizu, acredita que essas grandes quantidades de energia geradas por ventos fortes podem resolver o problema da energia verde no Japão. Shimizu, portanto, inventou uma turbina eólica em forma de batedor de ovos, projetada para resistir às forças de uma tempestade e usar a energia fornecida para gerar eletricidade.

Um tufão maduro produz um nível de energia cinética "equivalente a cerca de metade da capacidade de geração de eletricidade do mundo" , de acordo com o Laboratório Oceanográfico e Meteorológico do Atlântico.

De acordo com Shimizu, a energia de um tufão poderia impulsionar o Japão por 50 anos.

Histórico

Operação

A turbina eólica "turbinas tufão" é um gerador de eixo vertical, que usa o efeito Magnus .

Os três cilindros posicionados em torno de um eixo vertical usam o efeito Magnus para girar, o que, por sua vez, faz com que todo o sistema gire. O efeito Magnus permite atingir um nível de controle típico nas pás da turbina. A velocidade da turbina pode ser regulada regulando a velocidade de rotação dos cilindros. Isso para evitar uma rotação muito forte durante ventos fortes e, assim, evitar danos à estrutura e ao motor. Assim, a produção de eletricidade pode ser contínua, mesmo em caso de ciclone.

Este formato ajuda a prevenir colisões de pássaros e emissões de ruído de baixa frequência da turbina rotativa.

Desafios para o futuro

A empresa Challenergy pretende instalar as "turbinas tufão" em locais públicos como hospitais, escolas e abrigos de emergência. Essas infraestruturas requerem pelo menos 10 quilowatts de eletricidade. Para gerar essa quantidade de energia, seria necessária uma turbina eólica com diâmetro 10 vezes maior que os protótipos já testados. Tais dimensões constituem um grande desafio para a empresa.

Atsushi Shimizu também gostaria de instalar essas turbinas eólicas na Torre de Tóquio ou em locais olímpicos.

O objetivo também é instalar essas turbinas eólicas de nova geração, onde os tufões são mais violentos, como nas Filipinas. Este país insular, como o Japão, experimenta vários tufões a cada ano. Eles são, portanto, locais ideais para a produção de energia eólica em grande escala.

O objetivo é canalizar a imensa energia produzida pelos tufões para gerar a eletrólise da água do mar e produzir hidrogênio que possa ser armazenado.

Nos próximos 20 anos, a empresa pretende construir geradores do tamanho de hélices gigantes.

Outros sistemas relacionados

O turbosail operando no princípio do efeito Magnus , porém sem produzir eletricidade, é semelhante.

Notas e referências

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  6. Patentes gratuitas. SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA EÓLICA. sd http://www.freepatentsonline.com
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Veja também