Elektrownia pół kilometra nad głową

Ma 8 m długości i unosi się w powietrzu niczym wielkie ptaszydło. Odfrunąć nie pozwala mu gruba lina. To... elektrownia. Naukowcy już planują, by zasilić z niej kilkunastotysięczne miasteczko

Wysoko, wysoko, tam, gdzie latają ptaki i szybowce, prawie zawsze wieje. A gdyby tak ten wiatr ujarzmić i przerobić na prąd?

Takie pytanie nurtowało trzech naukowców - Corwina Hardhama, Dona Montague i Saula Griffitha. Sześć lat temu założyli firmę Makani Power i dzięki pieniądzom od internetowego potentata Google skonstruowali prototyp podniebnej elektrowni, którą sobie wymarzyli. Przypomina ona skrzydło samolotu z czterema śmigłami, które są niewielkimi turbinami wiatrowymi. Pierwsze testy powietrzne przeszła jesienią, za kilka lat ma być gotowa do komercyjnego zastosowania.

Roboczo nazwali ją Wing-7. Siódemka w nazwie oznacza, że wcześniej było sześć innych modeli, znacznie mniejszych i jeszcze niesamodzielnych. Zaczynali od niewielkiego śmigiełka przypominającego zabawkę dziecięcą. - Za nami tysiące godzin testów, a przed nami - dziesiątki tysięcy godzin - mawia Hardham.

Wing-7 potrafi się już samodzielnie wznieść w powietrze i powrócić na Ziemię. Jako pierwszy z demonstracyjnych modeli wytwarza też prąd. Ma długość 8 m i unosi się w powietrzu niczym wielkie ptaszydło na uwięzi. Wolno mu zataczać jedynie pionowe koła, które wykonuje na wysokości od 300 do 600 m. Odfrunąć nie pozwala mu gruba lina, której drugi koniec został przytwierdzony do naziemnego urządzenia sterującego lotem.

Fruwająca konstrukcja wykonana jest z włókien węglowych - materiału lekkiego, lecz niezwykle wytrzymałego na obciążenia mechaniczne, używanego m.in. do produkcji łopat w śmigłach samolotowych i wirnikach turbin wiatrowych.

Energetyczna pętla

Na wysokości pół kilometra wiatr nie jest jeszcze bardzo silny. Jego średnia prędkość wynosi 20-30 km na godzinę. Za to dmucha niemal bez przerwy. Cztery śmigiełka latającej turbiny mogą się więc kręcić nieprzerwanie i wprawiać w ruch umiejscowione obok generatory prądu. Wytworzona przez nie energia elektryczna jest przysyłana w dół kablem ukrytym we wnętrzu liny sterowniczej. Generatory zaprojektowano w tak przemyślny sposób, że w razie nagłej potrzeby stają się silniczkami poruszającymi śmigłami. Dzięki temu skrzydło nie spadnie w razie niespodziewanej flauty. Napęd pozwala też turbinie na miękkie lądowanie. Siada ona na ziemi niczym helikopter.



W akrobacji lotniczej figurę polegającą na zatoczeniu kręgu w pionie nazywa się pętlą. Średnica tych pętli, które wykonuje latająca turbina zaprojektowana w Makani Power, wynosi mniej więcej tyle, ile średnica kręgu zataczanego przez czubek łopaty zwykłej lądowej turbiny wiatrowej.

- Można sobie wyobrazić, że nasze urządzenie to taki właśnie czubek łopaty zwykłej turbiny, tyle że bez całej reszty urządzenia, no i mogący obracać się wyżej, gdzie nigdy nie brakuje wiatru - mówi Hardham.

Wing-7 ma moc 30 kW, może więc zasilać kilka domów, dostarczyć energii w miejscach klęsk żywiołowych czy też rejonach, gdzie nie opłaca się podciągać sieci.  Podczas prób planowanych na ten rok bite będą kolejne rekordy czasu przebywania turbiny w powietrzu. - Gdy wytrwa kilka dni, uznamy, że cel został osiągnięty - mówi naukowiec.


oprac. na podstawie macanipower.com

To dopiero wstępny etap. Na początku roku inżynierowie z Makani Power, której siedziba znajduje się w pobliżu San Francisco, przystąpili do budowy prądotwórczego skrzydła o długości 27 m. Będzie ono wyposażone w osiem wirników wiatrowych. Jego docelowa moc - 600 kW. To już wystarczy do zasilenia dużego osiedla domów jednorodzinnych. Według harmonogramu prototyp ma być gotowy w połowie przyszłego roku. Główną jego zaletą jest dwukrotnie większa sprawność w porównaniu z turbinami nielotami.

Mała, większa, największa

Najbardziej efektywnie ma wytwarzać energię latający gigant o mocy 5 MW i długości 70 m. Inżynierowie dopiero go projektują. Będzie mógł dostarczyć tyle prądu, ile w Europie konsumuje kilka tysięcy gospodarstw domowych. Wyobraźmy to sobie! Miasteczko zamieszkane przez kilkanaście tysięcy ludzi zaopatrywane przez cały rok w prąd przez skrzydło zataczające pętlę za pętlą na wysokości pół kilometra.

Oczywiście taka turbina musi od czasu do czasu lądować, choćby dla dokonania przeglądu technicznego. Dlatego tak duże energotwórcze bolidy mają powstawać głównie na zamówienie wielkich elektrowni wiatrowych umiejscowionych z dala od lądu. Tam turbiny będą mogły sobie fruwać do woli, jedna obok drugiej. Nawet gdy któraś się zepsuje lub trafi do przeglądu, kilkadziesiąt innych będzie w tym czasie produkować prąd.

- Nad morzami i na dodatek na wysokości kilkuset metrów wiatru nigdy nie zabraknie. Raczej może go być za dużo. Trzeba to zresztą uwzględnić, projektując latającą turbinę. Musi być czuła na wiatr i równocześnie bardzo odporna na silne podmuchy - podkreśla Hardham.

Utrzymanie stabilnego lotu turbiny podczas silniejszych podmuchów to jedno z najtrudniejszych wyzwań technicznych. Obecny prototyp, jak dowiodły zeszłoroczne testy, może latać i wytwarzać energię przy prędkości wiatru do 54 km/godz. To niezły wynik. Mocniej wieje zwykle tylko podczas sztormów i burz frontowych, ale te, choć groźne, nie trwają długo.

Mimo to Hardham chciałby, aby jego przyszłe turbiny wytrzymywały szybszy wiatr. Wtedy koszt wytworzenia prądu byłby jeszcze niższy. Od pewnego czasu spotyka się z przedstawicielami koncernów energetycznych, żeby przyzwyczaić ich do myśli, że taka dość nietypowa elektrownia wkrótce pojawi się na rynku.

macanipower.comfot. macanipower.com


Andrzej Hołdys jest dziennikarzem naukowym i popularyzatorem nauki. Publikuje m.in w "Wiedzy i Życiu", "Polityce", "Gazecie Wyborczej".