Czy latające turbiny wiatrowe to nasza najbliższa przyszłość?

Skoro mowa była o pływających turbinach wiatrowych, czas na turbiny latające. W konsekwencji kolejny wpis powinien być o turbinach podwodnych. Jeśli i to uda się opisać, na pewno nie będą to już turbiny wiatrowe.

Wiatr jest dość nieprzewidywalnym źródłem energii odnawialnej. Jak widać jednak w naszych warunkach to dość popularne rozwiązanie.
Co jakiś czas od kilku lat spotkać można artykuły o tytułach typu: „Latające turbiny – prawdziwa rewolucja” - czy rzeczywiście?
Ktokolwiek próbował puszczać latawiec na długiej lince wie, że czasami przy bezwietrznej pogodzie  trzeba się nabiegać, by latawiec wzbił się w niebo. Kiedy jednak jest dość wysoko nie ma problemu z jego dalszym lotem.
Zdarzyło mi się testować taki wariant z latawcem na „wędce”. Trzech dorosłych chłopów namordowało się, by latawiec, w ciepły, słoneczny i bezwietrzny dzień zaczął latać („obiecaliście…”). Kiedy już kołowrotek został prawie opróżniony z żyłki, wystarczyło, by jedno z dzieci sobie polatało, siedząc na ziemi i trzymając wędkę w jednej ręce. W ten sposób pomimo bezwietrznego dnia – latawiec szybował kilka godzin i został ściągnięty dopiero na wyraźne polecenie.

To właśnie jest podstawa pomysłu na latające turbiny, nie wszędzie na  świecie mamy odpowiednie warunki, wiatr o odpowiedniej sile, by opłacało się „stawiać” tradycyjną turbinę.
W 2009 roku naukowcy z Carnegie Institution for Science oraz Uniwersytet w Kalifornii zbadali, że z wiatru na wyższych wysokościach uzyskać można 100 razy więcej energii niż wynosi całe światowe zapotrzebowanie.
Prawdopodobnie jednak na widok powietrznych turbin nad miastami musimy poczekać co najmniej 25 lat. Co nie znaczy, że nie prowadzone są eksperymenty, czy nawet kończone są badania prototypów.
Zalety takich rozwiązań:
Na wysokości 500-1000 metrów nad powierzchnią ziemi, wieją niemal nieprzerwanie i znacznie silniejsze wiatry. Umieszczona tam turbina, nie przeszkadza ludziom, znacznie mniej zagraża ptakom, nie trzeba budować masztu, sama turbina wykonywana jest ze znacznie mniejszej ilości materiałów.  Dostępna moc wzrasta  wraz z sześcianem prędkości wiatru (od 8 do 27 razy po wzniesieniu turbiny na ponad 500 m).
Wady?
Przesył energii, lina na której uwięziona jest turbina, to wyzwania technologiczne. Pomimo dobrych warunków wietrznych zakłada się że 5% czasu turbina nie będzie mogła pracować.
Obiekt latający stanowi zagrożenie, może spaść, konieczna jest instalacja nad pustymi obszarami. Na większych wysokościach obowiązuje 3 km-owa strefa ochronna. Oznacza to chociażby omijanie obiektu przez samoloty.

Wydaje się jednak, że przynajmniej dwa projekty są bliskie ukończenia.
Firma  Altaeros  kończy testy praktyczne turbiny „Buoyant Airborne Turbine” (BAT). Zakłada się że będzie ona pracować  5 000 godzin rocznie (przy średniej dla tych samych lokalizacji – turbin „lądowych” 2 000 godzin rocznie. Pojedyncza turbina ma zasilać dwanaście gospodarstw domowych.
Jest to najbardziej znana turbina tego typu. Jej zdjęcie będzie pewnie pierwszym wyszukanym w Google. Wygląda jak mały sterowiec wypełniony helem. Balon ma niewielkie skrzydła oraz umieszczony wewnątrz rotor. Zależnie od wersji turbina,  przymocowana do liny, jest wypuszczana na 300 lub 600 metrów.
Projekt ten powstawał jako sposób na tańszy prąd dla odległych siedzib na Alasce.
Sami projektanci podają, iż uzyskanie 1kWh energii, to koszt 13 – 18 centów. Gdzie koszt z paliw kopalnych podawany jest na poziomie 4 centów (klasyczne farmy wiatrowe – 4-5 centów). Okazuje się jednak, że wliczając  koszty  przesyłu  i  dystrybucji  energii do miejsc o surowych i trudnych warunkach jest dobrą alternatywą. Turbina  BAT  jest  niezależna, mieści się dwóch kontenerach, co oznacza, że może być stosowana wszędzie z pominięciem kosztów instalacji. Potencjalnie stosowana może być na małych wyspach, platformach wiertniczych itp. Według nowszych doniesień turbina miałaby być wyposażana w dodatkowe „funkcjonalności”. Stanowiła by np. ruter WI-FI lub posiadała elementy stacji pogodowej.

Trochę inaczej wygląda sprawa projektu firmy Makani Power. "Airborne Wind Turbine" (AWT) to  samodzielnie latające samoloty bezpilotowe, uzyskujące energię w trakcie lotu. Według dostępnych danych cena energii docelowo ma sięgnąć 3 centów za 1KWh (według ostatnich informacji na razie koszt jest równy 10 centom, zwiększenie liczby generatorów i modyfikacje konstrukcji mają doprowadzić do zakładanego poziomu.
Do potrójnego kadłuba mocowane są śmigła napędzane przez  lekki generator, który służyć może za silnik elektryczny. Turbina umieszczona jest na automatycznej „wyrzutni /wyciągarce” do której mocowana jest cienkim kablem energetycznym oplecionym włóknem węglowym.
„Turbina” startuje automatycznie, jeśli na wysokości 200 m szybkość wiatru przekracza 3,5 m/s. Generatory – pełniące role silników podnoszą turbinę. Na tym etapie to do turbiny dostarczany jest prąd elektryczny. Po uzyskaniu odpowiedniego pułapu, turbina  zatacza kręgi podobnie do latawca na uwięzi. Zamocowane na skrzydłach generatory wytwarzają energię, odprowadzaną poprzez kabel, na ziemię do baterii znajdujących się w podstawie wciągarki.
 Lądowanie jest automatyczne, (np. jeśli wiatr przekroczy zakładaną prędkość ).
Pomyślne testy wykonywane były już dość dawno (2006 rok), w międzyczasie firma otrzymała grant od rządu oraz firmy Google. 
Obecnie projekt został wykupiony przez Google i podobno jest już w fazie przygotowania produkcji.

To jeszcze nie koniec pomysłów. Turbina na poziomie ponad 6000 do 15000 metrów będzie mogła wykorzystać tak zwane prądy strumieniowe o prędkościach przekraczających 200 km/h. Oznacza to potencjalną możliwość uzyskania z turbiny turbin 50 razy więcej prądu niż na powierzchni ziemi.
Tworzeniem takich turbin zainteresowane jest między innymi NASA.
Niestety takie rozwiązanie jest na razie na etapie koncepcji, oczywistym ograniczeniem jest technologia. Dziesięciokilometrowy przewód /lina na której będzie unosić się sterowiec/balon/latające skrzydło z turbinami/latawiec jest nadal wyzwaniem inżynieryjnym. NASA jest zaangażowana w projekt ze względu na wiedzę z zakresu przemysłu lotniczego i astronautycznego, materiałów kompozytowych, ale co ważne, także ze względu na konieczność zarządzania przestrzenią powietrzną.

Konwersja energii z latawców i szybowców zajmują się także: KiteGen, Ampyx Power.
Wydaje się że turbiny BAT, mają szansę na szybkie stosowanie w miejscach katastrof, wykopaliskach itp., gdzie inne źródła energii nie będą szybko i łatwo dostępne.
Poniżej linki do stron projektów niestety strona BAT – nie posiada nowych informacji od lipca 2014.


http://www.altaerosenergies.com/
http://www.google.com/makani/technology/