טורבינת רוח אווירית
טורבינת רוח אווירית (באנגלית: Airborne wind turbine) הוא קונספט תכנוני עבור טורבינות רוח שנמצאת באוויר ללא מגדל תומך. טורבינות רוח יכולות לפעול בגובה גבוה או בגובה נמוך והן חלק ממחלקה רחבה יותר של "מערכות אנרגיה אוויריות" (AWE).
טורבינות רוח שנמצאות בגובה גבוה יכולות להנות מרוחות סדירות ומהירות ולהפיק כמות גבוהה בהרבה של אנרגיית רוח יחסית לטורבינות רוח בעלות מגדל שנמצאות בים או ביבשה. עם זאת, הדבר מציב קשיים הנדסיים וכלכליים ניכרים. כאשר טורבינה כזו היא גבוהה מספיק היא מחייבת סגירת איזור אווירי לכלי טיס. נכון לשנת 2019, קיימת טורבינת רוח מסחרית אחת, אם כי מדובר בטורבינה קלת משקל לצורכי טיולים והיא שטה בגובה נמוך.
יתרונות וחסרונות
טורבינת הרוח האווירית קשורה לאדמה בכבל ודרכו מעבירה את החשמל לצרכן או לרשת החשמל, או שהיא מעבירה לקרקע אנרגיה קינטית שמניעה גנרטור שנמצא על הקרקע. היתרונות של טורבינות רוח אוויריות הוא שבגובה גבוה יש רוחות חזקות יותר. ככל שעולם בגובה מהירות הרוח מתחזקת בצורה משמעותית. בגבהים גבוהים מאוד יש זרם חזק ויציב מבחינת כיוון ועוצמה של רוחות מהירות (בזרמים אלו משתמשים גם מטוסים). טורבינות רוח אוויריות לא יסבלו מרוחות קרקע שמקשות על תפקודן של טורבינות רוח רגילות.
הקשיים בפיתוח והפעלה של טורבינות רוח אוויריות הן גודלן הגדול (של חלק מהמערכות), הגובה בו הן צריכות להיות, היציבות של המתקן והכבל והלחצים בהם הם צריך לעמוד, ושאלות של תחזוקה. בעיה נוספת היא הפרעה למרחב הטיסה של מטוסים וכן הצורך להגן על הטורבינה או לקפל אותה בזמן מזג אוויר גרוע. כתוצאה מבעיות אלא, עולה השאלה מה עלות ההקמה והתפעול של טורבינות אלה. נכון לשנת 2019 יש מעט פעילות בתחום זה אם כי לאחר שנים רבות של מחקר יש מוצר מסחרי ראשון.
עיצובים
יש כמה רעיונות בסיסיים באשר לעיצוב של טורבינת רוח כזו.
עיצוב אירודינמי
עיצוב אירודינמי משתמש בעפיפונים, להבי מסוק או כנפיים כדי לשמור על עילוי של טורבינת הרוח.
מאז שנת 2014, חברה צרפתית בשם Kitewinder, הממוקמת בסמוך לבורדו, עובדת ומשווקת את טורבינת הרוח המסחרית הראשונה בשם Kiwee one. זו טורבינת רוח מוטסת קלה, קטנה וניידת שניתן לקחת לטיולים. לפי טענת החברה היא בעלת הספק נומינלי של 100 וואט ברוח של 28 קמ"ש, הטורבינה נמצאת בגובה של 30-60 מטר בהתאם למהירות הרוח. היא מעבירה אנרגיה לקרקע באמצעות כבל שמסתובב. הליך שיגור אחד של Kiwee הוא ידני אך המוצר מצויד במנגנון החזרה אוטומטי לתנאי רוח נמוכה/רוח גבוהה. מחיר הטורבינה נכון לשנת 2019 הוא 650 יורו. [1]
חברת KiteGen מפתחת טורבינה אווירית באמצעות מפרש-עפיפון דמוי מצנח רחיפה, שמקושר לגנרטור קרקעי שיכול לספק עד 3 מגה-וואט. מבנה העפיפון קל דבר שמקל על עלות הייצור. החברה קיימת מתחילת שנות ה-2000 ויש לה כ-40 פטנטים בתחום ב-70 מדינות. למערכת יש מערכת לשחרור ולהחזרה של המפרש, כבלים להעברת האנרגיה ומערכת בקרה אוטומטית. במרץ 2019 החברה חתמה על הסכם להמשך פיתוח ופרישת המוצר עם חברת הגז והנפט האיטלקית Saipem. [2]
ב-15 בדצמבר 2015 הדגימה חברת Windswept and Interesting Ltd טורבינת רוח מוטסת עם טבעת עפיפוני "דייזי" (Daisy). מדובר בקבוצות של עפיפונים מסודרים בטבעות, כאשר הטבעות נמצאות זו מעל זו במבנה דמוי סיגר, ומניעות יחד ציר מרכזי אלכסוני. תנועת הסיבוב זו מעבירה אנרגיה ומניעה גנרטור קרקעי. מערכת זו היא מערכת אנרגיית הרוח האווירית היחידה שזכתה באתגר someawe.org של 100 * 3 AWE. אתגר זה הוא להפיק בממוצע 100 וואט, למשך מאה שעות, בגובה של לפחות 100 רגל (כ-30 מטר). נכון לשנת 2019 החברה עדיין פעילה. [3]
ביוני 2012 ניסתה חברת NTS GmbH הגרמנית בהצלחה את טכנולוגיית X-Wind (מילולית: קרוס- ווינד) במערכת מסילות הרכבות בפריידלנד (Freidland), גרמניה. החברה הוקמה בשנת 2006 על ידי Uwe Ahrens. טכנולוגיית X-Wind משלבת שתי טכנולוגיות ידועות - עפיפונים בניהוג אוטומטי וגנרטורים במערכת מסילה בלולאה סגורה. אב-טיפוס לולאה סגורה נמצא בבנייה ב-Mecklenburg-Vorpommern גרמניה. טכנולוגיה זו מאפשרת לרתום זרמי רוח יציבים ומתמידים יותר ויותר בגבהים שבין 200 ל-500 מטרים. מקריאות ומדידות של דוחות טכניים עולה כי NTS X-Wind מערכות מכפיל פי שלושה את היעילות של מערכות אנרגיית רוח קונבנציונליות במדד ייצור אנרגיה.
במאי 2013 נרכשה חברת Makani Power מקליפורניה, מפתחת כמה מערכות קרוס- ווינד על ידי גוגל.
במאי 2013 L. Goldstein הציע מערכת אנרגיית רוח מוטסת עם גנרטור קרקעי, שמשתמש בהעברת תנועה מהירה לקרקע.
בשנת 2015 הממציא הטייוונאי Johnson Hsu המציא מפרשי רוח על חבל באוקיינוס.
ביירון רוברטס, פרופסור להנדסה מהאוניברסיטה לטכנולוגיה, בסידני, אוסטרליה, הציע עיצוב הדומה למסוק שמרחף בגובה של 15,000 רגל. ה"מסוק" נשאר בגובה זה באמצעות כנפיים שמייצרות עילוי מהרוחות, ומיוצב ביחס לקרקע באמצעות כבל הקשור לעוגן באדמה. חברת Sky WindPower מסן דייגו, קליפורניה מנסה לייצר טורבינה זו באופן מסחרי. עיצוב זה צורך אנרגיה שהייתה יכולה לשמש להפקת חשמל. כדי להעלות את המערכת למעלה אפשר להפוך את כיוון הזרם ולהשתמש באנרגיה חשמלית כדי להעלות את המסוק לגובה הרצוי או לשמור אותה שם.
עיצוב אחר הוא רעיון של "תחנת-רוח-סולם-" Laddermill שבו יש שרשרת של כנפיים המגיעה עד לגובה של 30,000 רגל וקשורה כולה ללולאה עצומה שמסתובבת.
עיצוב אירוסטטי
עיצוב אחר הוא של טורבינה קלה מהאוויר - טורבינה הנעזרת בבלון הליום כדי להישאר באוויר. בטורבינה בעלת ציר אופקי אפשר לקבל עילוי נוסף גם באפקט מאגנוס (עצם כדורי או גלילי מקבל עילוי כאשר הוא נע תוך כדי סיבוב בתוך נוזל או גז).
בניגוד לעיצוב האירודינמי אין צורך להגיע לגובה גבוה מאוד כדי להנות מעילוי. לדבר זה יתרון עסקי היות וניתן לפתח את הטכנולוגיה בשלבים.
ככל שהבלון גדול יותר יש עילוי חזק יותר ואפשר להגיע לגבהים גדולים יותר בהן יש רוחות חזקות יותר. דבר זה נותן יותר אנרגיה, אך גם מציב אתגר הנדסי גבוה יותר. לעומת זאת גז דולף מספינות האוויר ויש למלא אותן מחדש באופן תקופתי, וכן יש חשש לדליפה מסיבית יותר עקב נקב.
החברה הקנדית Magenn Power מתכננת לייצר טורבינות רוח אוויריות קלות מהאוויר החל משנת 2008. בשלב הראשון החברה מתכננת טורבינות רוח הסובבות על ציר אופקי בגובה של 600-1,000 רגל שיעבדו במהירויות של 6-90 קמ"ש.
עיצובים נוספים
טורבינת רוח נוספת שנמצאת בפיתוח היא טורבינה המבוססת על עפיפון.
תעשיות ועסקים בעולם
בשנת 2007 הכריזה גוגל, על יוזמה בשם RE<C, לקידום טכנולוגיות של אנרגיות מתחדשות שיהיו זולות יותר מפחם. במסגרת היוזמה משקיעה גוגל בחברת Makani Power Inc לטורבינת רוח אווירית כמו גם בחברת eSolar Inc שמתמחה בפתרונות של אנרגיה תרמו סולארית.
קישורים חיצוניים
- טורבינת רוח אווירית בוויקיפדיה האנגלית
- Airborne Wind Energy Systems: A review of the technologies נובמבר 2015
- סקירה של הנושא באתר Inhabitat.com (אתר לעיצובים חדשים ומקיימים יותר), 2007
- שאול גריפית על הפקת חשמל באמצעות עפיפון עם בקרת רובוט הרצאת TED עם תרגום לעברית.
- גוגל עולה לאוויר: קנתה חברת טורבינות רוח מעופפות, קונה את Makani Power, כלכליסט, 23.05.13
- ידיעה על כוונה להתקין טורבינה אווירית באלסקה 25 במרץ 2014
חברות:
- חברת kitewinder שמייצרת ומוכרת טורבינה אווירית זעירה וניידת, Kiwee One
- kitegen חברה להפקת חשמל באמצעות עפיפון גדול (פעילה נכון לשנת 2019)
- Sky WindPower - חברה עם פתרון בצורה של רחפן (פעילה נכון לשנת 2018)
- Altaeros Energies חברה עם פתרון של בלון הליום שבתוכו טורבינה