OPDAG VORES INNOVATIVE TEKNOLOGI
Den tekniske udfordring
Vind er, som alle vedvarende energikilder, ikke en homogen ressource, og de forskellige typer strømme kan ikke udnyttes på samme måde.
Den teoretiske grænse for energi, der kan udvindes fra en turbine, er ca. 59% af den samlede kinetiske energi, den investeres med; dette kaldes Betz-grænsen, men i praksis er det kun få meget store møller, der når værdier tæt på 48%. Denne parameter, som på turbiner kaldes effektkoefficient (Cp), angiver, hvor meget af den kinetiske energi, der var tilgængelig i luften, jeg faktisk kan fange. Det er ikke ualmindeligt, at du finder produkter online, der svigagtigt ignorerer denne parameter og erklærer kræfter, der kun ville være reelle midt i en orkan.
De møller, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, er opdelt i to makrokategorier baseret på aksens position: dem med en horisontal akse (HAWT), som vi alle kender, og dem med en vertikal akse eller VAWT, som den vi foreslår i vores projekt.
Selvom vindmøller med vandret akse i gennemsnit præsterer bedre med hensyn til Cp, mister de deres fordel dramatisk ved tilstedeværelse af turbulent vind, da de konstant skal orienteres mod dens oprindelsesretning.
Turbiner med vertikal akse fanger på den anden side luftstrømme fra enhver retning, en stor fordel i bymiljøer.
De byder dog på nogle udfordringer: Den højere inerti sammenlignet med turbiner med vandret akse gør dem ofte uegnede til at jagte de vindstød, der er typiske for byer. Dette problem afbødes delvist af brugen af ​​kompositmaterialer til bladene, som ikke altid er genanvendelige, nogle gange garanterer den nødvendige modstand mod udmattelsescyklusser og øger rotorens samlede omkostninger.
Vores mål er at overvinde disse begrænsninger og gøre byturbiner mere effektive, sikre og bæredygtige; generelt et gyldigt alternativ eller støtte til solcelleanlæg, hvor rum, eksponering eller skygge ikke tillader installation af et system eller dets udvidelse.
Den urbane udfordring
At udvinde energi fra vind i byer er en kompleks udfordring. Blæsende strømme, i stedet for at være laminære og konstante, er forvirrede, hvirvlende, pludselige og ændrer let retning. Disse forhold reducerer vindhastigheden nær jorden, reducerer tilgængelig effekttæthed eller mængden af ​​energi, der passerer gennem en turbines vinger pr. kvadratmeter.
​Et givet steds effekttæthed er en parameter, der angiver, hvor rig den er på vind for hver kvadratmeter: 10 meter over jorden har hele det italienske territorium en gennemsnitlig kapacitet på 140 watt pr. kvadratmeter, mens en tredjedel af land har mindst 300 W/m² til rådighed.
I bymiljøer forstærkes udfordringen yderligere af vindstød, som accelererer turbinerotorer intermitterende med perioder på få minutter hundredvis af gange om dagen. For at udnytte dem effektivt, skal rotorerne være lette, med lav inerti, det vil sige en høj evne til at accelerere under vindens tryk.
Forestil dig at skulle skubbe en indkøbsvogn. Hvis den er tom, med et kort tryk, kan du få den i gang og nemt få fart. Men hvis vognen er fuld af tunge flasker, er det samme korte skub ikke nok: den forbliver næsten stationær på grund af dens høje inerti, hvilket kræver mere kraft eller en længere impuls for at begynde at bevæge sig.
Vindmøller med høj inerti opfører sig som en fuld indkøbsvogn: korte vindstød i byområder, der fungerer som intermitterende stød, kæmper for at sætte rotoren i gang. Reduktion af inerti bliver grundlæggende for at fange energi selv fra disse ustabile og uregelmæssige luftstrømme.
Sikkerheden af ​​komponenter, støj, vibrationer, der overføres til bygninger, integration i urban æstetik, miljømæssig bæredygtighed i hele livscyklussen, elektromagnetisk interferens og sikkerhed for fuglefauna er andre udfordringer, som vi arbejder på at skabe et produkt, der endelig kan integreres i hvor energi er i stigende grad påkrævet, bymiljøet.
Kumulativ fordeling af den gennemsnitlige effekttæthed ved 10 meter over havets overflade på italiensk jord. 10 % af territoriet har en gennemsnitlig effekttæthed på 615 W/m²
Byvindressource målt på et tag, der viser en periode med høje udsving; dataene var i gennemsnit ved 1 Hz (1 data pr. sekund, stiplede linjer) og ved 0,1 Hz (1 data hvert 10. sekund, ubrudte linjer). Bemærk mængden og intensiteten af ​​udsving på lidt over 3 minutter.
Innovation
Vores turbine løser tekniske og bymæssige udfordringer med en innovativ patenteret løsning. For at reducere inerti, som varierer eksponentielt med kvadratet på afstanden, har vi designet et system, der kun ændrer turbinens diameter, når der er et reelt behov for at accelerere rotoren. Dette kan blive endnu mere effektivt takket være en kunstig intelligens-algoritme, der lærer at forudsige vindstød og placerer knivene ved den optimale diameter, så den kan være i harmoni med bymiljøets intermitterende strømme.
Det er altså muligt at have en mølle, der kan variere inertien og holde vindfangsområdet stort, alt efter vejrforholdene, men som også kan give os ekstra energi lagret i form af inerti, hvis belastningen beder om et "boost".
Desuden har vi integreret en anden bladstigningsvariationsmekanisme i det samme system, som giver mulighed for finjustering for at reducere kræfterne på turbinen, begrænse rotationshastigheden, garantere selvstart og reducere træthedscyklusser, hvilket øger turbinens levetid.
Disse egenskaber fører til en forbedring af den miljømæssige bæredygtighed, hvilket giver mulighed for en stigning i den producerede energi og et større økonomisk afkast over tid for køberen, hvilket kompenserer for købsinvesteringen på færre år.
,
Fordelene kan så udvides til en bred vifte af brugere, der har brug for bærbar elektricitet, såsom fritidsbådsejlads eller campister; i disse tilfælde ville vi have mulighed for at levere et effektivt produkt, der kan lukkes om sig selv med en knap, inden afgang til næste destination.
Lad os gøre regnskabet
Dataene er grundlæggende for at vurdere potentialet i mikrovindkraft. Vindkraften øges med vindhastighedens terning: En fordobling af hastigheden genererer otte gange mere energi. Af denne grund tilrådes installationer i områder med en gennemsnitlig årlig vindhastighed på mindst 4 m/s (ca. 14 km/t).
Men at sige, at en mølle er 3 kW, betyder ingenting, hvis du ikke angiver, med hvilken vindhastighed den når den effekt. Generelt opnås denne værdi mellem 10 og 12 m/s (36-43 km/t).
Vores analyser viser, at vi med de samme rotorer sammenlignet med to konkurrenter er i stand til at reducere inerti mellem 120% og 270%. Dette udmønter sig i større energi opsamlet under vindstød, op til 300 om dagen i byen, og i at halvere møllens starthastighed.
Takket være disse løsninger kunne vi bruge en lang række genanvendelige materialer op til 7 kg tungere pr. vinge uden at gå på kompromis med deres ydeevne, til gavn for miljøet og omkostningerne.
I Italien er 20 % af territoriet påvirket af en gennemsnitlig vindhastighed på 4,3 m/s, tilstrækkeligt til, at en 10 m² mølle kan producere ca. 8000 kWh om året, hvilket genererer en økonomisk værdi på ca. € 2000 til de nuværende omkostninger ved energi.
Graf mellem den kumulative probabilistiske vindhastighedsfordeling af Lecce og energien produceret af en VAWT-turbine uden geometrivariation versus IKARIA-turbinen med variabel geometri. Bemærk med blåt, mængden af ​​yderligere energi udtrykt i kWh, der kan genvindes med dette system.
Grafico fra la distribuzione cumulata probabilistica di velocità del vento di Trieste e l'energia prodotta da una turbina VAWT senza variazione della geometria contro la turbina a geometria variabile di IKARIA.
Til denne energi skal så lægges den ekstra energi, der kan genvindes takket være vores teknologi ved at forlænge eller formindske møllens radius for at sikre, at den fanger den maksimale mængde vind inden for dens strukturelle grænser, hvilket opnår en gevinst på mellem 17 % og 38 % mere end en turbine med fast geometri, selv når de andre stopper!