Energia Eólica de Alta Altitude, um enorme potencial @sustentadigital
Mas, como esses inovadores estão descobrindo, os desafios de engenharia e regulamentares do que é conhecido como a energia eólica no ar são assustadores.
As turbinas de vento que cada vez mais pontilham a paisagem pico em cerca de 300 metros acima do solo, com as lâminas enormes girando um pouco maior. O vento, no entanto, não se atingir o máximo de 300 metros. Ventos são mais rápidos e mais consistente quanto mais alto se sobe, maximizando nas correntes de jato, cinco milhas e acima. Com a energia eólica convencional enfrentando uma ladainha de obstáculos - intermitência, os requisitos de espaço, não-no-meu-quintal queixas - empurrando a energia eólica na atmosfera poderia ter um monte de incerteza fora da equação. E, apesar de uma série de desafios técnicos e regulamentares, um número crescente de pequenas empresas estão trabalhando duro para chegar lá em cima, dentro dos próximos anos, com inúmeros desenhos e idéias visando a colheita de energia eólica no alto do céu. "O potencial é incrivelmente alto ", diz Cristina Archer, professor associado de ciência oceânica e engenharia na Universidade de Delaware. Archer e um colega publicou um de dois recentes análises detalhadas de o total de energia que poderia ser extraída de ventos do planeta para gerar eletricidade. O outro foi conduzido pelo conhecido clima cientista Ken Caldeira , da Carnegie Institution e da Universidade de Stanford. Ambos encontraram um suprimento ilimitado de energia de forma eficaz, com muito mais disponível como uma move-se longe do chão.
Mas Caldeira e outros dizem que, enquanto eles vêem potencial de longo prazo enorme vento no ar, os desafios de engenharia e regulamentares são formidáveis, especialmente se as empresas querem aproveitar ventos poderosa corrente de jato. "Eu estaria relutante em remortgage minha casa e investir o dinheiro nessas empresas, porque eu acho que a probabilidade de eles serem capazes de competir no mercado em grande escala em, digamos, a próxima década é muito pequena ", diz ele. No entanto, ele acredita que, dado ambas as suas enormes possibilidades e os obstáculos diversos que enfrenta, a indústria eólica no ar é um candidato ideal para a investigação pública e apoio ao desenvolvimento. As questões em torno do vento no ar são significativos. Como você a suspensão do ar centenas ou milhares de turbinas pés do chão? Como você mantê-los no ar por longos períodos de tempo com ventos fortes sem ter que realizar manutenção freqüente, caro? E o que a interferência com a aviação? Os proponentes dizem, no entanto, que em algumas maneiras de alta altitude a energia eólica poderia acabar por ser mais fácil de implementar - e mais barato - do que a energia eólica tradicional. Os custos de construção será marcadamente diminuída sem a necessidade de aço gigante e torres de concreto, e não haverá necessidade de o mecanismo de guinada que mantém turbinas padrão frente para o vento, como mudanças de direção do vento. Ao invés disso, a premissa básica de geração de ar é para amarrar um dispositivo para o chão e deixá-lo voar com os ventos fortes, como uma pipa, ou a geração de energia e enviá-lo por uma corda no chão ou usando a corda em si para produzir electricidade em sua base. Os dispositivos específicos na
extremidade do tirante variam muito em design.Projeto do moinho de vento terrestre é em grande parte resolvido, mas no céu, parece que vale tudo. Há rígidas, de fibra de carbono asas equipados com múltiplas pequenas turbinas; mais suaves kite-como dispositivos que voam na Figura-oitos e gerar energia enrolando-se e desenrolando uma corda, dispositivos que se assemelham a um dirigível girando em torno de um eixo horizontal, e vários outros conceitos . Não existe consenso sobre um projeto ótimo, embora alguns possam ser mais adequado para fazendas utilitário escala de vento, enquanto outros podem caber menores, de nicho de mercado de aplicativos. Uma empresa que parece perto de implantação éMakani Energia , com sede em Alameda, Califórnia. Asa presa Makani do rígida tem sido através de sete iterações de desenvolvimento e vôos de teste numerosos em seis anos, e do mais recente protótipo pode gerar 30 quilowatts de potência.Com cerca de US $ 20 milhões em financiamento do Google e do Departamento de Energia do Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), Makani espera construir uma versão envergadura de 92 metros avaliado em 600 kilowatts, o que poderia fornecer energia para cerca de 150 famílias. Corwin Hardham, o fundador e CEO da Makani, diz que a empresa tem interesse de desenvolvedores e pode começar a construir parques eólicos no ar dentro de poucos anos. Mais longe no futuro, Hardham espera que sua empresa pode construir uma versão gigante de 5 megawatts, com uma envergadura 213-pé mais adequado para uso offshore. "É aí que a nossa abordagem realmente brilha, offshore", Hardham diz, acrescentando que ele pensa Makani poderia eventualmente produzir energia em 6 centavos de dólar por quilowatt-hora em instalações offshore.Isso é muito mais barato do que a energia eólica offshore na Europa atual e tornaria extremamente competitivo com a energia produzida a partir de carvão e gás natural.
Outra empresa perto de real desenvolvimento de parques eólicos é Poder Ampyx, com sede na Holanda e ficou fora de pesquisa na Universidade de Delft. PowerPlane Ampyx de um planador é que gera eletricidade, puxando sua corda, que é conectado a um gerador de chão-montado. O PowerPlane desliza em torno de entre 1.000 e 2.000 pés;. Próxima iteração deste projeto deve gerar 250-500 quilowatts continuamente, diz o fundador Richard Ruiterkamp "Estamos voando autonomamente agora para cerca de um ano", diz Ruiterkamp. "Antes do final do ano teremos o ciclo completo instalado e funcionando por um número de horas." O próximo obstáculo, diz ele, é operar por vários dias consecutivos sem intervenção humana. Ampyx diz que espera que a construção de um parque eólico para começar dentro de alguns anos. Duas empresas com idéias radicalmente diferentes estão com sede na Califórnia Magenn Poder e Boston com base em Altaeros .Cheio de hélio Magenn, estrutura-como dirigível flutua 1.000 pés para cima, e o balão inteiro gira em torno de um eixo horizontal como o vento sopra passado. Esta tecnologia é sobre como o pássaro-friendly design de como se poderia imaginar, sem lâminas giratórias, e passou por vôos de teste bem-sucedidos. Altaeros, entretanto, também usa um dispositivo cheio de hélio, que para efeito bastante diferente. O shell balão rodeia as pás e cubos de uma turbina padrão no centro, basicamente, o que elevava um moinho de vento normal de 1.000 pés fora do chão. A empresa diz que testou com sucesso um protótipo no início deste ano, e os relatórios que a turbina gerou o dobro da potência em 350 pés, a mesma turbina fez em alturas padrão de cerca de 100 metros. Estes projetos infláveis, juntamente com os projetos soft-asa de kite, como que feita pela Carolina do Norte baseado Windlift , pode acabar sendo mais adequado para fora da rede, aplicações remotas, dado o seu fácil transporte e tempos rápidos set-up, os executivos da indústria eólica dizer. "Nós estamos trabalhando em pequenos sistemas distribuídos, em vez de grande utilitário escala de sistemas ", diz Andy Stough, o vice-presidente de engenharia da Windlift. A empresa recebe um financiamento substancial da Marinha dos EUA Corps, que espera bases de poder em locais remotos com o kite soft-asa
em vez de projetar a necessidade caros e às vezes perigoso de caminhões no transporte aéreo ou óleo diesel para geradores.Windlift A pipa envolve uma asa de 40 metros quadrados, voando a uma altitude máxima (para o momento) de 500 pés, com os controles e gerador o solo. Além do Corpo de Fuzileiros Navais, Stough diz qualquer coisa que envolva as necessidades de energia remotos - comunicações fora da rede móvel, alívio de desastres, e assim por diante - pode ser um bom candidato para esses tipos de sistemas de vento no ar. Uma empresa alemã chamada EnerKiteusa um projeto semelhante e pode ser ainda mais perto de implantação;. ambas as empresas realizaram voos de teste realizados nos últimos anos PJ Shepard, co-fundador de um grupo da indústria chamado Consórcio Energia Airborne Wind, diz que o progresso em direção a trabalhar , de geração de energia protótipos tem sido impressionante nos últimos anos."Algumas [empresas] têm demonstrado capacidade de geração de energia, muitos demonstraram algum nível de controle autônomo, e alguns estão planejando ... desenvolvimento agrícola poder ", diz ela. Mas intensificação passado a fase de protótipo não será fácil. Os especialistas da indústria acho que sem um forte apoio governamental, a instalação de um mesmo gigawatt de energia no ar (50 GW de energia eólica, padrão terrestre já estão instalados em os EUA) pode levar 20 anos ou mais, uma eternidade quando drásticas reduções de emissões são o objetivo. Com um investimento do governo relativamente modesto de US $ 100 milhões por ano, que um dos objetivos gigawatt poderia ser alcançado em menos de 10 anos, executivos da indústria vento dizer. Algumas grandes empresas como a Honeywell e 3M têm mostrado algum interesse, mas os maiores desenvolvedores de vento tradicionais de energia - Siemens, GE, Vestas e outros -, até agora, deixou os desenhos no ar para os iniciantes. Sem grandes investimentos, parte da engenharia específica . desafios podem ser difíceis de superar acordo com uma pesquisa do setor pelo grupo sem fins lucrativos de energia análise quase zero, o maior problema que subsiste é a confiabilidade: A fim de ser viável, dispositivos de ar precisa ficar no ar por longos períodos de tempo com pouca manutenção exigida . Quando se trata de realmente tirar proveito de vento maior a altitude, Caldeira aponta que chegar tão alto quanto a corrente de jato é o verdadeiro prêmio. O
densidade de potência em correntes de jato da Terra é de cerca de 100 vezes maior que a luz solar que atinge uma célula fotovoltaica padrão. "O fato de que não há nenhuma outra fonte de energia renovável disponível em abundância com essas altas densidades de energia, diz-me que devemos ter um programa de pesquisa que tenta explorá-lo", diz Caldeira. Mas as diferenças de requisitos de engenharia entre pilotar um dispositivo a 1.000 pés e em cinco ou seis milhas são enormes. Fora de I & D questões, outro grande desafio é a regulamentação. O que, exatamente, é um dispositivo de 80 metros de largura, preso ao chão, voando 1.000 pés círculos no ar? É um avião? A "construção" ou "obstáculo"? Não existe um quadro regulatório claro para a indústria, embora em 2011 os EUA Federal Aviation Administration começou um processo significa a inclusão de sistemas de vento no ar em sua estrutura de governo. No momento, isso vai limitar testes a 499 metros de altitude, ou seja, as correntes de jato ainda estão muito longe do alcance."Não há nenhuma maneira que você pode funcionar sem alguma forma de aprovação oficial das autoridades", Ruiterkamp de Ampyx diz. Mas ele adverte contra a tentativa de criar um novo marco regulatório a partir do zero, ou na Holanda, onde sua empresa está sediada, ou os EUA "Se você tem que definir isso tudo por si mesmo como uma indústria, que pode levar 15 anos e há há nenhuma garantia de que o resultado será ", Ruiterkamp diz. Ele acha que as autoridades convincentes para trabalhar dentro do ambiente regulatório existente para tripulada e, cada vez mais, aviões não tripulados é a melhor abordagem.
Segurança e regulamentos relacionados não são preocupações triviais. Que de 5 MW dispositivo Makani que está em obras?Sua envergadura pé 213 é aproximadamente a mesma que a de um Boeing 747. Se algo que quebra a sua grande corda e bate no chão, ela apresenta perigos óbvios. Mesmo o M600 é mais ou menos a mesma largura que a envergadura de um Boeing 737. Claramente, se em escala industrial fazendas estão vindo esse recurso esses mamutes voando no final de 1000 metros de amarras, não pode acontecer sem controle regulatório estrito. Apesar dos obstáculos, dizem os defensores, a magnitude da energia em alta altitude vento faz isso muito bem vale a pena tentar. "Se o recurso total é de 100 terawatts, 1000, ou 2000, não sei exatamente", diz Archer. Mas, independentemente do número real, diz ela, a energia em alta altitude vento é "muito maior do que se poderia possivelmente precisar."