211service.com
Bättre vindkraftverk
ExRo Technologies , en startup baserad i Vancouver, BC, har utvecklat en ny typ av generator som är väl lämpad för att skörda energi från vind. Det kan sänka kostnaderna för vindkraftverk samtidigt som deras effekt ökar med 50 procent.
Krafthus: Kopparledningar sträcker sig från en prototyp av en ny typ av generator, som designades med variabiliteten av vindhastighet i åtanke.
Den nya generatorn körs effektivt över ett bredare spektrum av förhållanden än vad konventionella generatorer gör. När axeln som går genom en vanlig generator roterar i optimal hastighet kan mer än 90 procent av dess energi omvandlas till elektricitet. Men om den snabbar upp eller saktar ner, sjunker generatorns effektivitet dramatiskt. Detta är inte ett problem i konventionella kraftverk, där turbinerna roterar i en jämn hastighet, matas av en konstant tillförsel av energi från kol eller något annat bränsle. Men vindhastigheten kan variera kraftigt. Turbinblad som ändrar stigning för att fånga upp mer eller mindre vind kan hjälpa, liksom transmissioner som förmedlar mellan de snurrande bladen och generatoraxeln. Men transmissioner lägger till både tillverknings- och underhållskostnader, och det finns en gräns för hur mycket förändring av bladvinkeln kan kompensera för förändrade vindar.
ExRos nya design ersätter en mekanisk transmission med vad som motsvarar en elektronisk. Det ökar utbudet av vindhastigheter med vilket den kan fungera effektivt och gör den mer känslig för plötsliga vindbyar och stillastående. Medan bladen fortfarande måste fällas vid de högsta vindhastigheterna för att få bort vinden, kommer generatorn att tillåta turbinen att fånga upp mer av energin i höghastighetsvindar och vindbyar. Som ett resultat kan turbinen producera 50 procent mer effekt i genomsnitt under loppet av ett år, säger Jonathan Ritchey , ExRos tekniska chef. Faktum är att på vissa platser kan uteffekten fördubblas, säger Ed Nowicki , professor i elektroteknik vid University of Calgary, som har konsulterat med ExRo.
Generatorn fungerar enligt samma principer som många vanliga generatorer: magneter som är fästa på en roterande axel skapar en ström när de passerar stationära kopparspolar runt axeln. I vanliga generatorer är alla spolarna sammankopplade. I ExRos generator kan de enskilda spolarna däremot slås på och av med elektroniska strömbrytare. Vid låga vindhastigheter kommer bara ett fåtal av spolarna att slå på – precis tillräckligt för att effektivt skörda den lilla mängden energi i låghastighetsvind. (Om fler spolar var aktiva skulle de ge mer motstånd till de roterande magneterna.) Vid högre vindhastigheter kommer fler spolar att slås på för att omvandla mer energi till elektricitet. Strömbrytarna kan vridas snabbt för att anpassa sig till snabbt växlande vindhastigheter.
Invändigt utseende: Två ringar av magneter (blågrå), en inom och den andra utanför en serie kopparspolar (röda och gröna), vänder sig för att generera elektricitet.
En annan del av designen gör generatorn mer känslig för ändrade vindhastigheter. Att skörda stora mängder energi kräver många spolar. Dessa skulle kunna arrangeras inuti en generator med mycket stor diameter, men då måste rotorn som magneterna monterades på också vara större. Det skulle göra det svårare att få igång rotorn eller att ändra dess rotationshastighet. (Ju större avståndet mellan generatorns centrum och spolarna ökar det som kallas tröghetsmomentet.) ExRo-generatorn fördelar istället spolarna mellan flera generatorer med liten diameter – som forskarna kallar stackar – längs axelns längd. Mindre diametrar gör det lättare att ändra varvtal. Designen med flera stackar gör det också lättare att anpassa generatorn för en viss vindplats. För en plats med låga vindar skulle få travar behövas. För en plats med höghastighetsvindar kan mer läggas till, vilket gör att generatorn kan omvandla mer energi till elektricitet.
Andra företag har utvecklat design som innehåller flera generatorer, som kan aktiveras separat, beroende på vindhastighet. Men dessa måste kopplas in och ur mekaniskt, vilket ger generatorn vikt och komplexitet och ökar kostnaderna. Genom att minska underhåll och vikt genom att eliminera behovet av mekaniska växlar och kopplingar kan ExRo hålla kostnaderna nere. Och det, säger Paul Sclavounos , professor i maskinteknik vid MIT, är nyckelfaktorn för att avgöra om man ska försöka fånga upp mer av vindens energi. ExRo kan ha en fördel, säger han, eftersom nyckeln till dess teknologi är elektronisk styrning, som är billig. Faktum är att företaget hävdar att en vindkraftsoperatör skulle kunna tjäna 57 procent mer pengar på en turbin under loppet av ett år genom att använda den nya generatorn.
ExRo har utvecklat och testat en prototyp i labbskala. Dess uppskattningar av ökad kraftproduktion kommer från modeller som använder data från befintliga vindkraftverk. I slutet av detta år eller i början av nästa år kommer företaget att börja testa ett litet vindkraftverk på fem kilowatt. Ritchey säger att företaget inte kommer att ha fasta siffror för kraftproduktion förrän dessa tester är klara. Nästa steg blir att installera större generatorer i megawattskala i befintliga vindkraftverk.