211service.com
Betere windturbines
ExRo-technologieën , een startup gevestigd in Vancouver, BC, heeft een nieuw soort generator ontwikkeld die zeer geschikt is voor het oogsten van energie uit wind. Het zou de kosten van windturbines kunnen verlagen en tegelijkertijd hun vermogen met 50 procent kunnen verhogen.
Vermogen behuizing: Koperen bedrading strekt zich uit van een prototype van een nieuw soort generator, die is ontworpen met de variabiliteit van de windsnelheid in gedachten.
De nieuwe generator werkt efficiënt over een breder scala aan omstandigheden dan conventionele generatoren. Wanneer de as die door een gewone generator loopt met de optimale snelheid draait, kan meer dan 90 procent van zijn energie worden omgezet in elektriciteit. Maar als het versnelt of vertraagt, daalt de efficiëntie van de generator dramatisch. Dit is geen probleem in conventionele energiecentrales, waar de turbines met een constante snelheid draaien, gevoed door een constante toevoer van energie uit steenkool of een andere brandstof. Maar de windsnelheid kan enorm variëren. Turbinebladen die van toonhoogte veranderen om meer of minder wind te vangen, kunnen helpen, evenals transmissies die tussen de draaiende bladen en de generatoras bemiddelen. Maar transmissies voegen zowel productie- als onderhoudskosten toe, en er is een limiet aan hoeveel het veranderen van de bladhoek kan compenseren voor veranderende wind.
Het nieuwe ontwerp van ExRo vervangt een mechanische transmissie door wat neerkomt op een elektronische. Dat vergroot het bereik van windsnelheden waarmee het efficiënt kan werken en zorgt ervoor dat het beter reageert op plotselinge windstoten en stiltes. Terwijl bij de hoogste windsnelheden de wieken nog steeds moeten worden gedraaid om wind af te werpen, zal de generator de turbine in staat stellen meer van de energie op te vangen bij hoge windsnelheden en windstoten. Als gevolg hiervan zou de turbine in de loop van een jaar gemiddeld 50 procent meer vermogen kunnen produceren, zegt Jonathan Ritchey , ExRo's chief technology officer. Op sommige locaties kan het vermogen zelfs verdubbelen, zegt Ed Nowicki , een professor in elektrotechniek aan de Universiteit van Calgary, die ExRo heeft geraadpleegd.
De generator werkt volgens dezelfde principes als veel gewone generatoren: magneten die aan een roterende as zijn bevestigd, wekken een stroom op wanneer ze stationaire koperen spoelen rond de as passeren. In gewone generatoren zijn alle spoelen met elkaar verbonden. In de generator van ExRo daarentegen kunnen de afzonderlijke spoelen met elektronische schakelaars worden in- en uitgeschakeld. Bij lage windsnelheden zullen slechts een paar van de spoelen worden ingeschakeld - net genoeg om de kleine hoeveelheid energie bij lage wind efficiënt te oogsten. (Als er meer spoelen actief waren, zouden ze meer weerstand bieden aan de draaiende magneten.) Bij hogere windsnelheden zullen meer spoelen worden ingeschakeld om meer energie in elektriciteit om te zetten. De schakelaars kunnen snel worden gegooid om zich aan te passen aan snel veranderende windsnelheden.
Binnen kijken: Twee ringen van magneten (blauwgrijs), de ene binnen en de andere buiten een reeks koperen spoelen (rood en groen), draaien om elektriciteit op te wekken.
Een ander onderdeel van het ontwerp zorgt ervoor dat de generator beter reageert op veranderende windsnelheden. Voor het oogsten van grote hoeveelheden energie zijn veel coils nodig. Deze zouden in een generator met een zeer grote diameter kunnen worden geplaatst, maar dan zou de rotor waarop de magneten waren gemonteerd ook groter moeten zijn. Dat zou het moeilijker maken om de rotor in beweging te krijgen, of om de rotatiesnelheid te veranderen. (De grotere afstand tussen het midden van de generator en de spoelen verhoogt het zogenaamde traagheidsmoment.) De ExRo-generator verdeelt de spoelen in plaats daarvan over verschillende generatoren met een kleine diameter - die de onderzoekers stapels noemen - langs de lengte van de as. Kleinere diameters maken het gemakkelijker om de rotatiesnelheden te wijzigen. Het ontwerp met meerdere stapels maakt het ook gemakkelijker om de generator aan te passen aan een bepaalde windlocatie. Voor een site met lage windsnelheden zijn er maar weinig stapels nodig. Voor een site met snelle wind kan er meer worden toegevoegd, waardoor de generator meer energie kan omzetten in elektriciteit.
Andere bedrijven hebben ontwerpen ontwikkeld die meerdere generatoren bevatten, die afzonderlijk kunnen worden geactiveerd, afhankelijk van de windsnelheid. Maar deze moeten mechanisch worden in- en uitgeschakeld, wat de generator zwaarder en complexer maakt en de kosten verhoogt. Door het onderhoud en het gewicht te verminderen door de noodzaak voor mechanische tandwielen en koppelingen te elimineren, kan ExRo de kosten laag houden. En dat, zegt Paul Sclavounos , een professor in werktuigbouwkunde aan het MIT, is de belangrijkste overweging bij het bepalen of we moeten proberen meer van de windenergie op te vangen. ExRo kan een voordeel hebben, zegt hij, omdat de sleutel tot zijn technologie elektronische besturing is, die goedkoop is. Het bedrijf beweert zelfs dat een windturbine-exploitant in de loop van een jaar 57 procent meer geld zou kunnen verdienen aan een turbine door de nieuwe generator te gebruiken.
ExRo heeft een prototype op laboratoriumschaal ontwikkeld en getest. De schattingen van de verhoogde stroomproductie zijn afkomstig van modellen die gegevens gebruiken van bestaande windturbinelocaties. Tegen het einde van dit jaar of begin volgend jaar zal het bedrijf beginnen met het in de praktijk testen van een kleine windturbine van vijf kilowatt. Ritchey zegt dat het bedrijf geen harde cijfers voor de stroomproductie zal hebben totdat die tests zijn voltooid. De volgende stap is het installeren van grotere generatoren op megawattschaal in bestaande windturbines.