211service.com
Vliegende windmolens
In een betonnen verkeerstoren van een buiten dienst gestelde marinebasis net buiten Oakland, Californië, bouwt een team van ingenieurs wat het beste een hybride van een onbemand luchtvaartuig en een windturbine kan worden genoemd.
Het 120-pond zware vaartuig heeft rotors op zijn vleugels om het in helikopterstijl in de lucht te tillen; een dunne ketting bevestigt het aan een platform. Eenmaal in de lucht begint het vaartuig te glijden als een vlieger, zijn spanwijdte van 26 voet volgt een cirkel van 250 voet boven het hoofd. Nu worden de propellers generatoren, die vrij ronddraaien en elektriciteit opwekken die door de strakke ketting stroomt - en op een dag in het lokale elektriciteitsnet.
Dit vaartuig, ontwikkeld door Makani Power, is een poging om een van 's werelds moeilijkste problemen aan te pakken: schone, goedkope energie krijgen. Momenteel kost windenergie vijf tot tien cent per kilowattuur, maar de prijs van elektriciteit uit steenkoolverbranding kan dalen tot onder de vier cent per kilowattuur. Makini Power wil echter de prijs van windenergie verlagen tot drie cent per kilowattuur.
Bij windenergie zitten de meeste kosten voor het opwekken van stroom vast in het bouwen en onderhouden van enorme bladen en turbines. Makani gelooft dat zijn voertuig minder zal kosten om te bouwen dan conventionele turbines en windenergie effectiever zal oogsten, omdat het door zijn vliegpatroon energie kan opwekken onder meer windomstandigheden. De magie zit in het vliegen met zijwind, zegt CEO Corwin Hardham, verwijzend naar hoe het voertuig loodrecht op de wind beweegt als een vlieger. We gebruiken aerodynamica om de rotoren vele malen sneller te laten bewegen dan de werkelijke windsnelheid.
Het bedrijf heeft een reeks testvluchten uitgevoerd, waaronder: een vlucht dit najaar waarbij het prototype van koolstofvezel met een spanwijdte van 26 voet vijf kilowatt aan vermogen genereerde. Binnen twee jaar hoopt het bedrijf een vleugel van 88 voet te hebben die 600 kilowatt genereert - ongeveer een derde van wat een grote conventionele windturbine kan genereren. Een gigantische vleugel om vijf megawatt op te wekken ligt op de tekentafel.
Het project van het bedrijf heeft enige belangstelling getrokken van financiers. Google heeft $ 15 miljoen in het bedrijf gestoken en in september 2010 won Makani een subsidie van $ 3 miljoen van het ARPA-E-programma van het Department of Energy, dat risicovolle ideeën financiert die zouden kunnen leiden tot wat het bureau transformationele en ontwrichtende energietechnologieën noemt.
Hardham is een fervent kitesurfer en medio 2006 werkte hij voor ingenieursbureau Squid Labs toen hij op het idee kwam om vergelijkbare aerodynamica te gebruiken om energie op te wekken. (Bij kitesurfen staat de rijder op een plank en wordt getrokken door een grote nylon parachute.) Tegenwoordig bezet het 20-koppige bedrijf Spartaanse, militaire faciliteiten met een machinewerkplaats aan de achterkant en een verzamelplaats vooraan. Composieten worden buiten in een zeecontainer gebakken; de aerie van de oude verkeerstoren doet dienst als lunchroom en af en toe een bar. Hardham beschrijft de situatie van het bedrijf als zowel bescheiden als perfect. Hij zegt: Het heeft een duidelijk voordeel om wendbaarder te zijn dan grote bedrijven.
De technologie van Makani is ontworpen om te profiteren van de relatief constante wind die ver boven de grond waait. Conventionele windturbines bereiken een top van ongeveer 300 voet, met bladpunten tot 500 voet, waarboven het onbetaalbaar wordt om stabiele constructies te bouwen. Toen hij onderzoek deed naar het potentieel voor windenergie, kwam Hardham tegen: een krant uit 1980 door Miles Loyd die een vastgebonden vleugel voorstelde die het zakelijke uiteinde van een windmolen tot elke hoogte zou kunnen verheffen.
Test vlucht: Een time-lapse foto toont de vliegroute van een windturbine in de lucht. Het voertuig is vastgemaakt aan een omgebouwde brandweerwagen (linksonder) tijdens een test in een afgelegen gebied van Sherman Island, Californië.
De Makani Airborne Wind Turbine bestaat uit verschillende turbines die zijn bevestigd aan een vleugel die aan de grond is vastgemaakt. Tijdens de vlucht volgt het voertuig in wezen hetzelfde pad als de punt van het blad van een windturbine, waarbij het een cirkel volgt die loodrecht op de windrichting staat. Dankzij zijwind-aërodynamica - die de snelle cirkelvormige bewegingen produceert die iedereen kent die op een winderige dag een vlieger heeft gevlogen - kan de schijnbare windsnelheid die de rotoren raakt wel 10 keer de werkelijke windsnelheid zijn.
Omdat de vleugel efficiënter gebruik maakt van de wind dan een vaste turbine, zegt Hardham, en is gemaakt van minder, lichtere materialen, zou hij goedkopere energie moeten produceren. Onderhoud kan op de grond plaatsvinden in plaats van aan de top van een windturbinetoren.
Wind oogsten op grote hoogte wordt nog steeds geconfronteerd met sceptici. Het is een heel interessant idee met potentieel aanzienlijke voordelen, maar we zijn vroeg in het proces om uit te zoeken of het zal werken, zegt Fort Felker, directeur van het National Wind Technology Center van het National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado. Maar, zegt hij, betrouwbaarheid, veiligheid en economie zijn allemaal zorgen. Luchtvaartuigen die zijn ontworpen om windenergie te oogsten, moeten het grootste deel van de tijd vliegen - en er is altijd het risico dat ze op een schoolbus kunnen landen, zegt Felker.
Makani werkt aan het beantwoorden van de veiligheidsvragen. Om een vaartuig te laten landen, wordt batterijvermogen naar de rotors gestuurd, waardoor het overgaat in een zwevende positie voordat het terug naar de aarde wordt getakeld. Sensoren die factoren als voertuigoriëntatie en -positie en windsnelheid en -richting volgen, moeten het voertuig in staat stellen autonoom te landen, zelfs als het uit zijn ketting ontsnapt. Als alternatief kan een exploitant van een windpark met één druk op de knop een heel veld vliegende turbines landen.
Omdat de turbines in de lucht over een breed scala aan topografieën kunnen vliegen, zullen ze hoogstwaarschijnlijk het eerst worden ingezet in winderige gebieden waar conventionele turbines moeilijk te installeren zijn - ze kunnen bijvoorbeeld over de oceaan vliegen. Offshore windturbines vereisen zware, dure funderingen en mogen niet te ver van de kust verwijderd zijn. Makani's vliegende generatoren kunnen worden vastgemaakt aan boeien die met kabels aan de zeebodem zijn verankerd. Ze zouden vele kilometers uit de kust kunnen worden geplaatst, zegt Hardham, waar ze uit het zicht, uit het hart zouden zijn.
Hardham zegt dat Makani in onderhandeling is met potentiële partners over installaties voor de kust van het VK, en hij hoopt dat zijn eerste klanten grote windparkontwikkelaars zullen zijn, zoals BP en Shell, die het zich kunnen veroorloven om een meer verkennende benadering te volgen.