211service.com
Flygande väderkvarnar
I ett kontrolltorn i betong på en nedlagd marinflygbas strax utanför Oakland, Kalifornien, bygger ett team av ingenjörer vad som bäst kan kallas en hybrid av ett obemannat flygfarkost och en vindturbin.
Farkosten på 120 pund har rotorer på vingarna för att lyfta upp den i helikopterliknande himmel; en tunn tjuder fäster den på en plattform. Väl i luften börjar farkosten glida som en drake, dess 26 fot långa vingspann cirklar 250 fot ovanför. Nu blir propellrarna generatorer som snurrar fritt och genererar elektricitet som rinner ner i det spända tjuret – och, en dag, in i det lokala nätet.
Det här hantverket, utvecklat av Makani Power, är ett långt försök att ta itu med ett av världens tuffaste problem: att få ren, billig energi. För närvarande kostar vindkraften från fem till 10 cent per kilowattimme – men elpriset från förbränning av kol kan falla under fyra cent per kilowattimme. Makini Power siktar dock på att få ner priset på vindenergi till tre cent per kilowattimme.
Med vindenergi är det mesta av kostnaden för att generera kraft bunden till att bygga och underhålla enorma blad och turbiner. Makani tror att dess fordon kommer att kosta mindre att bygga än konventionella turbiner och kommer att skörda vindenergi mer effektivt, eftersom dess flygmönster låter det generera energi under mer vindförhållanden. Magin ligger i flygande sidvind, säger VD Corwin Hardham och syftar på hur fordonet rör sig vinkelrätt mot vinden som en drake. Vi använder aerodynamik för att flytta rotorerna många gånger snabbare än den faktiska vindhastigheten.
Bolaget har genomfört en rad testflygningar, bl.a ett flyg i höst under vilken kolfiberprototypen med 26 fots vingspann genererade fem kilowatt effekt. Inom två år hoppas företaget ha en 88-fots vinge som genererar 600 kilowatt – ungefär en tredjedel vad ett stort konventionellt vindkraftverk kan generera. En gigantisk vinge för att generera fem megawatt finns på ritbordet.
Företagets projekt har väckt visst intresse från finansiärer. Google har lagt 15 miljoner dollar i företaget, och i september 2010 vann Makani ett anslag på 3 miljoner dollar från Department of Energys ARPA-E-program, som finansierar högriskidéer som kan leda till vad byrån kallar transformerande och störande energiteknologier.
Hardham är en ivrig kitesurfare, och i mitten av 2006 arbetade han för ingenjörsfirman Squid Labs när han fick idén att använda liknande aerodynamik för att generera energi. (Vid kitesurfing står ryttaren på en bräda och dras av en stor nylonfallskärm.) Idag ockuperar det 20-manna företaget spartanska, militära anläggningar med en maskinverkstad i bakkant och en monteringsplats framtill. Kompositer bakas i en fraktcontainer utomhus; det gamla kontrolltornets luftrum fungerar som lunchrum och enstaka bar. Hardham beskriver företagets situation som både ödmjuk och perfekt. Han säger att det finns en uppenbar fördel med att vara piggare än stora företag.
Makanis teknologi är designad för att dra fördel av de relativt konsekventa vindarna som blåser långt över marken. Konventionella vindturbiner toppar på ungefär 300 fot, med bladspetsar som når 500 fot, bortom vilka det blir oöverkomligt dyrt att bygga stabila strukturer. Hardham undersökte potentialen för vindkraft en tidning från 1980 genom att Miles Loyd föreslår en tjud vinge som kan höja affärsänden av en väderkvarn till vilken höjd som helst.
Testflygning: Ett time-lapse-foto visar flygvägen för ett luftburet vindkraftverk. Fordonet är kopplat till en ombyggd brandbil (nedre till vänster) under ett test i ett avlägset område på Sherman Island, Kalifornien.
Makani Airborne Wind Turbine består av flera turbiner fästa på en vinge, som är förankrad till marken. Under flygning tar fordonet i stort sett samma väg som spetsen på ett vindturbins blad och följer en cirkel vinkelrät mot vindriktningen. Tack vare sidvindsaerodynamiken – som producerar de snabba cirkulära rörelserna som är bekanta för alla som har flugit en drake på en byig dag – kan den skenbara vindhastigheten som träffar rotorerna vara så mycket som 10 gånger den faktiska vindhastigheten.
Eftersom vingen använder vinden mer effektivt än en fast turbin, säger Hardham, och är gjord av färre, lättare material, borde den producera energi till lägre kostnad. Underhåll kan ske på marken snarare än på toppen av ett vindkraftstorn.
Vindskörd på hög höjd möter fortfarande skeptiker. Det är en riktigt intressant idé med potentiellt betydande fördelar, men vi är tidigt i processen att reda ut om det kommer att fungera, säger Fort Felker, chef för National Wind Technology Center vid National Renewable Energy Laboratory, i Golden, Colorado. Men, säger han, tillförlitlighet, säkerhet och ekonomi är alla problem. Luftfarkoster designade för att skörda vindenergi måste flyga för det mesta - och det finns alltid en risk att de kan landa på en skolbuss, säger Felker.
Makani arbetar med att ta itu med säkerhetsfrågorna. För att landa en farkost skickas batterikraft till rotorerna, vilket låter den övergå till en svävande position innan den vinschas tillbaka till jorden. Sensorer som spårar faktorer som fordonets orientering och position, samt vindhastighet och riktning, bör tillåta fordonet att landa självständigt, även om det flyr från sin tjuder. Alternativt kan en vindkraftsoperatör landa ett helt fält med flygande turbiner med en knapptryckning.
Eftersom de luftburna turbinerna kan flyga över en mängd olika topografier, är det mest sannolikt att de kommer att installeras först i blåsiga områden där konventionella turbiner är svåra att installera - till exempel kan de flyga över havet. Vindkraftverk till havs kräver tunga, dyra fundament och kan inte vara för långt från land. Makanis flygande generatorer kunde kopplas till bojar förankrade med kablar till havsbotten. De skulle kunna placeras många mil från kusten, säger Hardham, där de skulle vara utom synhåll, utom sinnet.
Hardham säger att Makani förhandlar med potentiella partners om installationer offshore i Storbritannien, och han hoppas att hans första kunder kommer att vara stora vindkraftsutvecklare som BP och Shell, som har råd att ta ett mer utforskande tillvägagångssätt.