Energi skakas fram ur vinden

Vindkraftverk utan rotorblad

Om det är något man förknippar med vindkraftverk så är det rotorbladen. Vi har blivit allt vanare vid att se jättelika torn där propellrar roterar i sakta mak, och bor man nära ett vindkraftverk kanske ljudet är störande.
Hur märkligt det än låter, så kan lösningen vara att bygga vindkraftverk utan rotorblad. Ett spanskt företag håller på att utveckla just det.

Vindkraft har många fördelar. Det är en ren energiform utan i direkt mening negativ miljöpåverkan, det bidrar till att minska utsläpp av växthusgaser, tekniken är enkel och aggregaten lätta att installera och ansluta till ­näten. Underhållskostnaderna är som regel ­relativt låga.
Men samtidigt är vinden opålitlig och det krävs en hel del vindsnurror för att nå en konkurrenskraftig elproduktion. Vindkraftsparkerna kräver stora ytor, de låter och kan skapa störande ljus­fenomen. Rotorbladen kan också utgöra ett hot mot fågellivet, så allt är inte frid och fröjd.
En del av problemen kan spanska företaget Vortex Bladeless vara på väg att lösa med lanseringen av en ny modell vindkraftverk utan rotorblad.
Idén är inte helt ny och på pappret har den funnits minst sedan 1980-talet. Sedan några år tillbaka har också konkreta försök gjorts, till exempel presenterade New York-företaget Atelier DNA 2010 en konstruktion för elproduktion med hjälp av väldiga kolfiberstjälkar vajande i ­vinden. Stjälkarna var 55 meter höga och parkerna som planerades skulle ha omkring 1 200 i varje. Den första prototypen på betongfundament över en yta på 26 000 kvadratmeter var utformad för framtidsstaden Masdar i Abu Dhabi i Förenade Arabemiraten, ett lika gigantiskt som futuristiskt miljöprojekt vars första etapp ska vara klar i år och den sista omkring 2025. Och holländska ingenjörer hade för två år sedan utvecklat Ewicon, en vindsnurra utan rörliga delar, vars prototyp står uppställd på planen framför Delft University of Technology i Nederländerna. Men Vortex Bladeless modell är enklare, billigare och förhoppningsvis effektivare.

Företaget avslöjar inte många detaljer om tekniken för de tekniska ­lösningarna, men principen är att konens svängningsfrekvens kan justeras med hjälp av stabiliserande magneter, och att elektriciteten produceras med en växelströms­generator.

Företaget avslöjar inte många detaljer om tekniken för de tekniska ­lösningarna, men principen är att konens svängningsfrekvens kan justeras med hjälp av stabiliserande magneter, och att elektriciteten produceras med en växelströms­generator.

Utnyttjar bedräglig effekt
Konstruktörerna bakom Vortex Bladeless heter David Suriol, David Yáñez och Raul Martin. De har en testat en prototyp, Vortex Mini, utförligt och konstruktionen är i det närmaste klar. Uppfinnarna är övertygade om att deras vindkraftverk är vägen till framtidens gröna och hållbara energi­produktion.
Det man tagit fasta på är vorticitet, vilket förenklat är en aerodynamisk effekt där stående virvlar bildas. Dessa virvlar kan få strukturer, som höga torn, att röra sig i cirklar eller svänga fram och tillbaka. För arkitekter och byggingenjörer kan det vara en mardröm och det finns exempel där till exempel broar rasat när de kommit i svängning. Men Vortex Bladeless utnyttjar istället den bedrägliga effekten till att producera ren energi. Enkelt uttryckt skakar deras vinglösa kraftverk fram ström ur vindarna.
Prototypen är en tolv meter hög kon av kolfiber och glasfiber, konstruerad så att den som en följd av vorticiteten sätts i svängning av vinden. Vid konens fot finns två ringar med magneter som förstärker konens rörelser. Vanligtvis svänger en struktur optimalt vid en specifik frekvens given av specifika vindförhållanden, men med magneternas hjälp kan frekvensen justeras efter vindförhållanden. En växelströmsgenerator vid konstruktionens bas konverterar den mekaniska rörelsen till elektricitet.

Hittills har Vortex Bladeless byggt små testenheter, som denna fem-sex meter höga. 2016 ska en tolv meter hög prototyp på fyra kilowatt vara klar.  Bild: Vortex Bladeless

Hittills har Vortex Bladeless byggt små testenheter, som denna fem-sex meter höga. 2016 ska en tolv meter hög prototyp på fyra kilowatt vara klar. Bild: Vortex Bladeless

Sänkta kostnader
Enligt vad upphovsmännen uppger skulle dessa vinglösa vindkraftverk sänka produktionskostnaden för el med hela 40 procent jämfört med traditionell vindkraft. Det som gör konstruktionen så pass mycket billigare är främst underhållskostnader – den enkla konstruktionen kräver mycket lite skötsel och reparationer. Vortexkonstruktionen har inga rörliga delar som nöter mot varandra, den håller längre och den kräver ingen återkommande smörjning. Den enkla designen minskar dessutom tillverkningskostnaderna med – ­enligt konstruktörerna – 53 procent jämfört med ett vindkraftverk med rotorblad. På minussidan finns en betydligt lägre effektivitet – ungefär 30 procent lägre än traditionella vindkraftverk med rotorblad. Det kan dock kompenseras av att de kan ställas tätare och på platser där ljudet från vanliga vindsnurror skulle vara störande. Vortexkraftverken ska nämligen inte ge upphov till några andra ljud än vindbrus som exempelvis hos träd. Konstruktionen har utvecklats under en period över fyra år och via tusentals tester i vindtunnlar och på fältet. Nu optimerar man utvecklingen av kraftverket för att till nästa år ha en färdig produkt klar för kommersiellt bruk. Det tolv meter höga Vortex Mini får en kapacitet på fyra kilowatt, men går allt som det är tänkt är detta bara början. 2017 ska större modeller med större kapacitet finnas på marknaden, och året därpå ännu större modeller anpassade för industriellt bruk.

När vinden passerar ett av de konformade kraftverken uppstår ett slags turbulens i form av en stående virvel, vilket får konen att svänga fram och tillbaka.

När vinden passerar ett av de konformade kraftverken uppstår ett slags turbulens i form av en stående virvel, vilket får konen att svänga fram och tillbaka.

Flera problem med tekniken
Det saknas dock inte kritik mot Vortex Bladeless. Det är inte det första försöket att utnyttja saker som skakar och vibrerar i vinden till att producera elektricitet. En amerikansk studie från 1983 tittade på principerna för sådana vindkraftverk och konstaterade att det inte var en konkurrenskraftig teknik jämfört med traditionella vindsnurror. Problemen de angav var framför allt att det krävs snabba svängningar för att kunna göra el av de mekaniska rörelserna, och att det ställer till med stora påfrestningar på materialet. Det som fås att skaka av vinden kommer helt enkelt att skaka sönder.
Ett annat problem är att på ett effektivt sätt omvandla rörelserna till elektricitet. Magneter som rör sig vid en spole genererar förstås elektricitet, men i motsats till snurrande magneter skulle ett vindkraftverk utan rotorblad skapa ojämna och mer kaotiska rörelser som är svårare att effektivt göra el av.
Studien behandlade dock bara principerna och inga specifika konstruktioner av rotorbladslösa vindkraftverk. Sedan dess har tekniken gått framåt både vad gäller material som kan användas till konen, och hur effektiva generatorer kan göras.
Så hur det blir med Vortex Bladeless får framtiden visa.

Idén till konstruktionen fick upphovsmännen av den klassiska filmen från 1940 där Tacoma Narrows Bridge i USA kollapsar efter att ha kommit i självsvängning av vinden.

Idén till konstruktionen fick upphovsmännen av den klassiska filmen från 1940 där Tacoma Narrows Bridge i USA kollapsar efter att ha kommit i självsvängning av vinden.

Material från
Allt om Vetenskap nr 8 - 2015

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter