211service.com
En mer hållbar vindturbin
En kanadensisk startup har utvecklat en liten prototyp av vindkraftverk som använder friktion istället för en växellåda för att omvandla vindenergi till elektricitet. CWind , baserad i Owen Sound, Ontario, började nyligen arbeta på en större två megawatt prototyp. Företaget hävdar att dess friktionsdrivsystem är mer effektivt och tillförlitligt – och billigare att underhålla – än konventionella vindturbiner, som är benägna att misslyckas med dyra växellådor.
Hjul som snurrar: Bladen på CWinds vindturbin flyttar ett internt svänghjul och flera axlar som fäster vid små generatorer i gondolen. På den nedre bilden rullar ett gummihjul på insidan av ett svänghjul inuti en 65 kilowatts prototypturbin.
Bladen på de flesta turbiner använder vinden för att vrida en drivaxel kopplad till en växellåda. Växellådan hanterar rotationen av en andra axel som ansluter till en stor elektrisk generator. Växellådan är den tyngsta utrustningen i ett vindkraftverks gondol (sektionen högst upp i turbintornet). Det är också ett stycke som är bland de mest sårbara för misslyckanden. Plötsliga vindbyar sätter växellådan under en enorm mekanisk påfrestning. Med tiden kan detta slita ner eller bryta tänderna från metallkugghjulen.
CWinds design gör bort växellådan helt. Istället är drivaxeln kopplad direkt till ett stort svänghjul av metall. Omslutande utsidan av svänghjulet finns åtta mindre sekundära axlar, var och en ansluten till en 250 kilowattsgenerator och var och en fodrad med flera specialdesignade däck som greppar svänghjulets yta. När svänghjulet snurrar kopplar det in generatorerna genom att vrida dessa däckfodrade axlar. Vi använder friktion. Det är inte mekaniskt hårt kopplat, säger Na'al Nayef, en CWind-ingenjör och meduppfinnare av systemet.
Nayef säger att systemet använder programvara för att styra de åtta sekundära axlarna. Däcken är också designade för att tillfälligt glida om en vindby får svänghjulet att plötsligt ta fart. Denna funktion underlättar påverkan på generatorerna. Varje sekundär axel kan också kopplas ur svänghjulet om vinden saktar ner, vilket i själva verket minskar friktionen och tillåter axlar som fortfarande är anslutna att hålla sina generatorer i drift med hög kapacitet. På samma sätt kommer att koppla in fler axlar, vilket ger mer friktion när vinden ökar, att koppla in tomgångsgeneratorer. Vi kan driva generatorerna med optimal hastighet hela tiden, säger Nayef och tillägger att tester på den mindre, 65 kilowatt prototypen visar effektivitetsvinster jämfört med vanliga vindkraftverk på upp till 5 procent.
CWinds grundare Paul Merswolke började med designen för sju år sedan efter att ha sett en dokumentär om London Eye , ett 135 meter högt pariserhjul på stranden av Themsen. Han såg att enkla lastbilsdäck användes som friktionsrullar för att vrida pariserhjulet och drog slutsatsen att samma tillvägagångssätt kunde anpassas för vindkraftverk. Nayef togs ombord för att komma med en preliminär design, och 2004 kontaktade CWind energiingenjörsfirman MPR Associates i Washington, DC, för hjälp med att bygga en prototyp.
Vi sa: 'Nej, vi är inte övertygade om att detta är vettigt', säger Larry Cundy, utvecklingschef på MPR. Men CWind övertygade MPR att göra en grundläggande analys av designen, och så småningom gick ingenjörsfirman med på att bygga prototypen. Det är en väldigt ny applikation, helt ärligt, säger Cundy. Det är verkligen ett genidrag.
Cundy säger att den största fördelen med CWinds design är att den är enklare och billigare att underhålla under utrustningens livstid. När en växellåda på en konventionell turbin går sönder slås turbinen helt ur drift. Att skaffa en ersättningsväxellåda tar lång tid, och att ta bort den massiva enheten från vindkraftverkets gondol kräver en stor kran och många dagars arbete. Varje dag som turbinen inte genererar el till nätet uppgår till förlorade intäkter för operatören.
På ett friktionsdrivsystem med flera däck, om du tappar ett däck, finns de andra kvar, säger Cundy och tillägger att det går snabbt att byta däck – ungefär en dags arbete – och att framtida konstruktioner kommer att möjliggöra underhåll medan turbinen fortfarande är i drift . Samma redundans gäller för generatorerna – om en misslyckas kan de andra fortfarande fungera. Cundy säger att de små, färdiga generatorerna som används i CWinds design kan erhållas snabbt och installeras ganska enkelt med hjälp av en liten kran inbyggd i gondolen.
Nayef säger att däcken som används är designade för att hålla i tre år, och att byta ut alla däck som används på ett vindkraftverk på två megawatt förväntas kosta $30 000 - eller nästan $200 000 under 20 år. Däremot har växellådor en genomsnittlig livslängd på sex år och kostar cirka 600 000 USD att byta ut, eller nästan 2 miljoner USD under 20 år. Vi kommer att ha konkurrenskraftiga priser med konventionella växellådsvindturbiner, men vi har fördelarna med hög tillgänglighet, hög effektivitet och alla fördelar som kommer med servicevänlighet.
Förra månaden undertecknade CWind ett tillverkningsavtal med den globala tillverkaren av bildelar Linamar , som har engagerat sitt McLaren Performance-ingenjörsteam (av Formel 1-racingberömmelse) att producera en tvåmegawatt-prototyp. Som en del av det 10-åriga kontraktet kommer Linamar också att tillverka marknadsfärdiga turbiner, troligtvis med början 2011. Nayef säger att arbetet redan pågår med fem megawatts och 7,5 megawatts konstruktioner riktade mot vindkraftsmarknaden till havs såväl som avlägset land. webbplatser där enkelt underhåll blir en viktig säljfunktion.