10 innovaciones en energía eólica

Una de las tecnologías de energía alternativa más prometedoras ha cosechado, en los últimos años, más escepticismo que elogios. Las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT, por sus siglas en inglés), esas enormes torres con aspas que convierten un día ventoso en energía limpia para la red, también pueden matar pájaros y murciélagos, requieren un mantenimiento periódico costoso, tienen problemas de eficiencia y, en general, molestan a los residentes locales con obstáculos repentinos. vistas y niveles de ruido indeseables (y posiblemente nocivos para la salud).

En consecuencia, la instalación de parques eólicos en EE. UU. se ha ralentizado, pero una afluencia de fondos gubernamentales en 2012 puede ofrecer nuevas esperanzas para la energía eólica [fuente: Obstáculo ]. La investigación ha producido algunas posibilidades sorprendentes en características y métodos de generación; muchas de las máquinas en el tablero de dibujo se ven y funcionan muy poco como los " molinos de viento " a los que estamos acostumbrados.

El futuro del viento puede no estar en aspas, en granjas o incluso fijado a la Tierra. Aquí hay 10 de los enfoques más exclusivos para mejorar las formas en que convertimos el viento en electricidad . Algunos son un poco soñadores, otros en varias etapas de diseño y prototipo, y un par cuentan con fechas tentativas para la venta comercial.

Comenzaremos con uno cuyos inventores dicen que captura mucho más viento que los diseños convencionales y puede estar en el mercado en 2013.

1. Recolectarlo primero
2. enviándolo
3. Comenzando con el motor Tesla
4. Comenzando con un motor a reacción
5. Levitando!
6. vagando en eso
7. Comenzando con una vela
8. Ser flexible
9. Cambiando el peso
10. flotando

Se ha hecho omnidireccional, con álabes de turbina ajustables montados en orientación vertical tradicional que pueden moverse para adaptarse al cambio de dirección. El IMPLUX sigue otro camino con el método, canalizando aire desde múltiples direcciones hacia una configuración de eje vertical.

Los inventores de Katru, en su modelo de trabajo de una turbina eólica en la azotea para la producción de energía a pequeña escala, crearon un dispositivo que captura más viento al recolectarlo antes de que golpee las palas de la turbina [fuente: Yirka ]. Una cámara redonda con listones actúa como una estructura de entrada de 360 ​​grados que toma el viento que viaja desde todas las direcciones y lo redirige en una sola: hacia arriba, hacia las aspas que giran horizontalmente (una orientación similar a la de un helicóptero).

Debido a que la turbina está cerrada y los listones del recinto están espaciados muy juntos, no representa peligro para las aves y produce muy poco ruido en comparación con las formas de turbina actuales [fuente: Katru Eco-Inventions ].

IMPLUX se montaría sobre edificios para capturar la energía relativamente sin explotar que fluye sobre los centros urbanos. El último modelo mide solo 9 pies (2,7 metros) de alto y tiene una potencia nominal de 1,2 kilovatios; El plan de Katru es aumentar eso a un máximo de 6 kilovatios para fines de 2013, cuando el IMPLUX esté programado para disponibilidad comercial [fuente: Katru Eco-Inventions ].

A continuación, en un nivel completamente diferente...

Muy, muy por encima del suelo, hay suficiente energía eólica para alimentar 50 globos, según el grupo industrial Alternative Energy [fuente: Alternative Energy ]. Estos vientos de gran altitud, históricamente más allá del alcance de nuestra tecnología y ciencia, podrían estar a punto de alimentar nuestras redes.

Varias compañías están diseñando turbinas aerotransportadas que flotarían miles de pies en el aire, convirtiendo los vientos de gran altitud en electricidad. Los diseños van desde estructuras tipo cometa hasta dirigibles dirigibles , esencialmente turbinas voladoras que capturarían el viento, lo convertirían en energía eléctrica y lo enviarían a la Tierra por medio de una cuerda.

Abundan las preocupaciones de seguridad, otra razón por la cual las turbinas voladoras han sido un sueño secundario [fuente: Energía alternativa ]. La Administración Federal de Aviación ha recomendado un límite de 2000 pies (600 metros) para tales estructuras, para evitar la interferencia con el tráfico aéreo, y los diseñadores deben demostrar que pueden aterrizar sus turbinas de manera segura en caso de que falle una correa o el clima extremo provoque otras fallas.

Las turbinas de gran altitud se encuentran en diversas etapas de desarrollo. Todavía no se han probado en las grandes altitudes para las que están destinados [fuente: Energía alternativa ].

A continuación, Tesla entra en escena.

Inspirándose en un diseño de motor patentado por el inventor Nikola Tesla en 1913 , una empresa llamada Solar Aero ha diseñado un aerogenerador sin aspas, de tamaño reducido y, según los diseñadores, con costes de mantenimiento lo suficientemente bajos como para reducir el precio de la electricidad a tasas de carbón [fuente: Zyga ].

La turbina Fuller usa discos delgados de metal para hacer girar un generador. Los discos estilo perfil aerodinámico están muy próximos entre sí y en ángulo, de modo que cuando el viento fluye a través de la unidad, giran, independientemente de la dirección o la fuerza del viento. Debido a que la cantidad de discos se puede aumentar o disminuir para lograr diferentes potencias y tamaños, la turbina Fuller se puede adaptar fácilmente para adaptarse a una amplia gama de ubicaciones.

El fácil acceso a la configuración del disco y el generador, junto con los requisitos de altura reducidos, ya que el espacio libre de las aspas no es un factor, significa menores costos de mantenimiento, según Solar Aero. La eliminación del espacio libre de las palas de la ecuación también significa que las unidades se pueden colocar más juntas, por lo que 20 turbinas Fuller requerirían menos terreno que las máquinas estándar con palas [fuente: Zyga ].

Como muchas otras innovaciones en esta lista, la turbina Fuller tiene en cuenta a las aves: todo el sistema de movimiento está protegido.

A continuación, otro motor actúa como musa.

Una subsidiaria del fabricante aeroespacial FloDesign ha llevado el concepto de motor a reacción a la energía eólica . La turbina eólica FloDesign es más pequeña que las estructuras de turbina actuales pero, según sus inventores, puede producir hasta cuatro veces más energía [fuente: LaMonica ].

Al igual que un motor a reacción, FloDesign tiene un conjunto de álabes fijos que se ubican frente a los álabes móviles de la turbina. Están espaciados y en ángulo para aprovechar las variaciones en la velocidad del viento para producir un vórtice de mezcla rápida, un vórtice que absorbe viento adicional (que se perdería en los diseños típicos de turbinas) y lo acelera [fuente: Bullis ]. Es este mayor volumen de aire que se mueve más rápido el que golpea las aspas móviles, haciendo girar el generador.

Los diseñadores de la unidad dicen que FloDesign puede producir tanta energía como una unidad HAWT del doble de su tamaño [fuente: Bullis ]. En 2011, la unidad se instaló en una isla en el puerto de Boston y funcionó bien [fuente: Watt Now ].

A continuación, eliminando la fricción...

Una de las razones por las que las turbinas eólicas son relativamente ineficientes es la fricción entre las partes móviles [fuente: Fecht ]. Esa fricción desperdicia energía, reduciendo la salida de la turbina. Si pudieras, por ejemplo, hacer levitar las palas de una turbina en lugar de unirlas físicamente a la base, esa fricción se eliminaría.

Esta tecnología está disponible. Varias empresas, en diversas etapas de desarrollo, están trabajando en turbinas de levitación magnética . La levitación magnética , que ha impulsado trenes de energía limpia durante años, tiene el potencial de aumentar la eficiencia de las turbinas eólicas hasta en un 20 por ciento, según el Instituto de Investigación de Energía de Guangzhou con sede en China [fuente: Fecht ]. Estas unidades sin fricción pueden aprovechar el viento de movimiento más lento, convertir una mayor parte de la energía eólica que capturan en electricidad y enfrentar menos desgaste que los modelos tradicionales.

Regenedyne y NuEnergy, con sede en EE. UU., están desarrollando turbinas de levitación magnética para la venta comercial. Los modelos son silenciosos, más seguros para las aves y son significativamente menos costosos que las unidades tipo "molino de viento" [fuente: NuEnergy ]. La vida útil tendría mucho que ver con eso: Regenedyne afirma que la turbina de levitación magnética tiene una vida útil de 500 años, en comparación con los 25 años de los modelos actuales llenos de fricción [fuente: Off Grid Technologies ].

A continuación, la energía eólica se vuelve recreativa...

Los urbanistas de Abu Dabi imaginaron una comunidad futurista en la que la energía limpia sería más que energía; sería disfrutado. Las firmas de diseño presentaron propuestas y una empresa de Nueva York ganó el primer premio por su concepto de un campo de turbinas con forma de caña que se mueven con la brisa como tallos de trigo.

Atelier DNA imaginó turbinas delgadas y elegantes llamadas Windstalks. Cada tallo de 180 pies (55 metros) iluminado con LED se balancea con el viento, creando energía cinética para impulsar un generador de par [fuente: Danigelis ]. Un diseño delgado y sin aspas permite espacios reducidos, seguridad para pájaros y murciélagos y, lo que es más singular, un hermoso paseo nocturno: los diseñadores esperan que los residentes algún día caminen por una granja de Windstalks que se balancean, experimentando la energía limpia como algo así como el arte.

La idea convierte el parque eólico en una instalación visualmente agradable, en lugar de una que se aguante en nombre de la energía limpia y renovable. Es una forma innovadora de eliminar una de las objeciones más ruidosas a los parques eólicos en la actualidad, imaginando en cambio la posibilidad de que en el futuro, la gente quiera vivir cerca de acres y acres de turbinas.

A continuación, recurrir a una de las formas más antiguas y eficientes de capturar la energía del viento...

Una de las formas más antiguas de captar la energía eólica es la vela. Desde que los primeros constructores navales erigieron un mástil, la simple vela ha aprovechado más energía cinética del viento para uso humano que cualquier otra estructura [fuente: Zaghdoud ].

Navegar como inspiración para una turbina eólica de alta eficiencia tiene mucho sentido, y Saphon Energy espera implementarlo en una turbina con forma de vela que llama Saphonian. En comparación con un diseño estándar de aspas, la turbina más aerodinámica y de menor fricción puede usar hasta el doble de la cantidad de energía en un suministro dado de viento, usándolo para crear presión hidráulica para impulsar un generador [fuente: Zaghdoud ]. Según Saphon, su prototipo más reciente es más del doble de eficiente que una turbina típica de estilo molino de viento [fuente: Zaghdoud ].

Como nota al margen interesante, Saphonian toma su nombre de Baal-Saphon, una deidad del viento en la religión de la antigua Cartago. En particular, Baal-Saphon gobernó el viento que agitaría los mares, y los marineros cartagineses lo adoraban en sus viajes [fuente: Saphon ].

A continuación, en el filo de la hoja...

El desgaste es un problema grave en las turbinas eólicas , porque reemplazar repetidamente piezas costosas aumenta el costo de la energía que generan. El Laboratorio Nacional de Energía Sostenible de Risø en Dinamarca está asumiendo uno de los mayores culpables del desgaste: la carga extraordinaria que se ejerce sobre las estructuras de las turbinas cuando giran sus aspas masivas [fuente: Energía alternativa ].

Para reducir esa carga, los investigadores de Risø han ideado un tipo diferente de cuchilla, o al menos un tipo diferente de filo para ella. Creen que un borde de salida que puede doblarse mientras la pala gira, creando un flujo de aire más suave fuera de la pala, reducirá drásticamente la carga en la estructura de soporte [fuente: Energía alternativa ].

Researchers point to the flaps on airplane wings as an example of the concept: Those flaps alter the wing's shape to offer increased control over lift forces during takeoff and landing. A rubber trailing edge, through similar means, could increase the stability of spinning turbine blades, reducing the amount of stress on the components holding them [source: Alternative Energy].

Risø's flexible edge is still in the research and design phase.

Next, a new way to do it offshore ...

Offshore wind farms offer huge potential in wind power , but potential drawbacks make their future uncertain. One of the greatest concerns is financial, especially regarding the cost of anchoring a wind turbine to the ocean floor. That price of that construction is so high as to raise doubts as to the viability of large-scale offshore power generation.

Many companies are looking for ways to decrease that cost. One of them, Technip, went at it from a center-of-gravity angle, turning the traditional turbine structure on its side. The effect is a structure that's more stable: The Vertiwind design moves the generator, the heaviest component, closer to the ocean's surface -- 65 feet (20 meters) above the sea, rather than the usual 200 feet (60 meters); it also makes the axis of rotation vertical [source: Gatto]. The combined result is a lower center of gravity that reduces the depth and complexity of anchoring requirements [source: Snieckus]. Ideally, Vertiwind turbines will not need to be fixed to the ocean floor at all.

En enero de 2013, un prototipo Vertiwind de 35 kilovatios está listo para probarse en la costa de Francia [fuente: Wind Power Intelligence ].

Sin embargo, esa no es, aparentemente, la única forma de hacerlo. Una última innovación en energía eólica propone otra solución a los altos costos en alta mar.

La colaboración de energía eólica WindPlus también está trabajando en el tema del anclaje. En este caso, sin embargo, la turbina mantiene su eje horizontal, como se ve en la mayoría de las estructuras terrestres; el gran desarrollo aquí es un sistema de soporte llamado WindFloat.

WindFloat es una plataforma semisumergible sostenida por un ancla de empotramiento por arrastre. En el empotramiento por arrastre, no hay construcción en el lecho marino. En su lugar, se arrastra un ancla por el suelo hasta que se incrusta a la profundidad deseada. La plataforma anclada por arrastre sostiene una turbina en alta mar como las que se usan comúnmente en la actualidad. WindFloat puede potencialmente permitir la instalación asequible de turbinas más grandes que las que producen energía en alta mar ahora.

Este diseño de turbina flotante permite no solo menores costos de instalación sino también menores costos de ensamblaje, ya que toda la configuración, tanto la plataforma como la turbina, se pueden ensamblar en tierra. La tecnología actual se basa en el ensamblaje en el mar, lo que implica condiciones mucho más inestables y logísticamente complejas [fuente: Macguire ]. Los WindFloats ya están en uso frente a la costa de Portugal y, a partir de diciembre de 2012, los planes para la instalación frente a la costa de Oregón están avanzando [fuente: recarga ].

Ese proyecto de Oregón ha recibido luz verde en parte por nuevas subvenciones de desarrollo tanto de la Unión Europea como de los Estados Unidos [fuente: Recharge ]. La nueva financiación gubernamental para la energía eólica, en particular la variedad marina, emitida a finales de 2012 podría significar grandes avances en el desarrollo. Se espera que con el dinero para perfeccionar el diseño e implementar más pruebas en el mundo real, innovaciones como estas podrían aumentar drásticamente la viabilidad del viento como una fuente importante de energía limpia y asequible.

Nota del autor: 10 innovaciones en energía eólica

Hay innumerables mentes innovadoras que trabajan para mejorar el rendimiento de las turbinas eólicas, pero aquí, tuve que elegir 10. Hay tantas, algunas con muchos ajustes para la eficiencia mecánica, otras que se concentran en eliminar los problemas "desagradables" y el daño ambiental. y muchos abordando ambos. Elegí estas innovaciones en particular porque las encontré especialmente únicas o sorprendentes, o porque sus audaces afirmaciones se han confirmado en las pruebas de campo.

Además, cada innovación enumerada puede aparecer en el trabajo de más empresas de las que pude incluir aquí. Es asombroso cuántos inventores dieron en el mismo blanco.

Artículos relacionados