En ny vändning på flytande vindkraft

Vindkraftverk kopplade till flytande bojar kan utnyttja starkare, mer ihållande vindar i det öppna havet. Men de flottörer som nu används för sådana djupvatteninstallationer kan visa sig vara oöverkomligt dyra eftersom bojarna som behövs för att hålla dem ovanför vattnet är enorma. Nu vänder ett projekt i Frankrike på turbindesignen för vad utvecklarna hoppas ska vara ett lågkostnadsalternativ.

Bättre balans: Vindkraftverk med vertikal axel, som denna torrlandsprototyp som utvecklats av Nenuphar, skulle kunna göra havsbaserad vindkraft mer ekonomisk.

Det franska olje- och gasteknikföretaget Technip och vindkraftsstartupen Nenuphar tillkännagav nyligen Vertiwind, ett vindkraftverk på två megawatt som de planerar att flyta i Medelhavet i slutet av 2013. Projektet använder en turbin med en huvudrotoraxel som är inställd vertikalt, som en snurra, snarare än horisontellt, som i ett konventionellt vindturbin.

Fördelen med den vertikala axeldesignen är att den sänker turbinens tyngdpunkt. Vertiwinds design är 100 meter hög, men placerar generatorn, som väger 50 ton, inuti ett tätat rör under turbinens roterande blad, 20 meter över havet. Detta gör turbinen mindre topptung, vilket möjliggör ett betydligt mindre flotationssystem, som skulle sträcka sig endast nio meter under havets yta.

En turbin med horisontell axel med samma effekt och blad som också når 100 meter höga skulle däremot behöva sin generator vara 60 meter över havet. En boj byggd av Technip för en 2,3 megawatts horisontell axel flytande turbinprototyp, ägd av det norska energibolaget Statoil, sträcker sig 100 meter under ytan.

Man sparar mycket material med en vertikal axel, säger Stephane His, vice vd för biobränslen och förnybar energi på Technip. Men mer än så underlättar du processen med att installera själva maskinen.

Technip och Nenuphar planerar att bygga två vertikalaxlade turbiner med en effekt på två megawatt vardera, en på land och en offshore, till en kostnad av 28 miljoner dollar. Siffran är fortfarande betydligt mer än grundvattenturbiner fixerade till havsbotten (som kostar cirka 5 miljoner dollar per megawatt) men mycket mindre än de cirka 70 miljoner dollar som spenderas på konstruktionen av prototypen som ägs av Statoil för konstruktion, utbyggnad och pågående forskning.

Genom att sträva efter en vertikal axeldesign använder Vertiwind teknik som nästan övergavs för landbaserad vindkraft för mer än ett decennium sedan. Design med vertikala axlar, som till sin natur ligger lågt till marken, kan vanligtvis inte konkurrera med högre horisontella vindkraftverk som fångar starkare vindar på högre höjder.

Detta borde vara mindre av en nackdel till havs, eftersom vindhastigheten ökar mindre med höjden över öppet vatten än över land, säger Walter Musial, som leder havsbaserad vindenergiforskning för det amerikanska energidepartementets energidepartement. Nationella laboratoriet för förnybar energi i Golden, Colorado.

Musial tvivlar dock på designen som Vertiwind driver. Få storskaliga turbiner med vertikala axlar har byggts, och alla har haft en krökt bladdesign som ansluter till turbinens huvudaxel i toppen och botten av bladet, och fördelar därmed jämnt belastningen på strukturen, säger Musial. Vertiwind kommer dock att använda en rakbladsdesign som endast är ansluten till den centrala axeln med två stöd eller stag nära bladets botten.

Det bladet kommer att böjas när det roterar på grund av centrifugalkraften, och anslutningarna till dessa strävor bär all belastning, säger Musial. Dessa leder blir hamrade - det är den mest utmanande tekniska aspekten av denna design.

Nenuphars vd Charles Smadja säger att han är övertygad om att designen kommer att hantera påfrestningen, baserat på tester av en 35 kilowatts prototyp som snurrar i högre hastigheter. Smadja medger dock att upprampning till en tvåmegawatts turbin kommer att innebära nya utmaningar. Det man kan göra ordentligt i liten skala kan vara svårt att göra i väldigt stor skala, säger han.

Dölj