En luftbåret eller vindmølle under flyvning er et system til produktion af vindenergi, der opretholdes i luften (uden mast). Det kan være en luftbåren turbine eller et kite-, sejl- eller drone-system, der svinger i vinden og transmitterer en bevægelse til jorden (eller til søs) via et kabel, hvor denne bevægelse derefter omdannes til elektricitet. Idéen går tilbage til mindst 1833. Den sigter mod at udnytte højere og mere regelmæssige højdevind, hvilket giver en bedre belastningsfaktor og måske billigere elektricitet. Ifølge det internationale agentur for vedvarende energi ( Irena ) vil denne type vindkraft blive markedsført efter 2025 og kan derefter have stor indflydelse på markedet for vindkraft.
Vind i stor højde er blevet undersøgt i årtier af meteorologer, klimatologer og forskere inden for miljøvidenskab.
Forskningsspecialister inden for klimatologi Ken Caldeira (in) og Christina Archer fra Stanford University demonstrerer eksistensen af et enormt energireservoir dannet af vinde i højere højde end vinde, der kan fange vinden konventionel drejebænk. Faktisk øges vindens hastighed og regelmæssighed med højden på grund af afstanden fra jorden og forhindringer, der forstyrrer luftstrømmen. Den vigtigste ressource ville være indeholdt i jetstrømmene . Hans forskning viser maksimalt 400 TW og 1800 TW mellem 0 km og 12 km over kinetisk energigrund. Kraft, der kunne ekstraheres fra vind nær overfladen (høstes med traditionelle vindmøller) og gennem hele det atmosfæriske lag (høstet med luftbårne vindmøller).
Uanset hvor kontroversielt en undersøgelse foretaget af Max-Planck Institute udført af Axel Kleidon har tendens til at demonstrere det modsatte.
Derudover leveres et mere skeptisk billede af vinde i høj højde af agenturet European Geoscience Union. Faktisk beskriver deres vurdering en verdensomspændende tilgængelighed på 7,5 TW kinetisk energi takket være vinden i stor højde. Et resultat, der skal afbalanceres af det faktum, at deres analyse kun er fokuseret på jetstrømme, det vil sige kun i en højde på 6 km til 15 km over jorden.
Alle disse undersøgelser giver en idé om fordelingen af geografiske områder og tætheden af vindmøller, der kunne installeres. Disse foreløbige analyser tager ikke højde for konsekvenserne for vinden og klimaet af en mulig udvinding af kinetisk energi fra vinden.
Som det fremgår af de hundredvis af opfindelsespatenter om emnet, er luftbårne vindmølleprojekter, for de mest avancerede på prototypen eller beviset for konceptstadiet, mange og kan klassificeres i henhold til deres respektive tekniske egenskaber. . Faktisk kan de skelnes ved placeringen af deres generator, som enten vil være under flyvning eller på jorden. Listen over projekter nedenfor er langt fra udtømmende og er underlagt hurtige ændringer, hvor luftbårne vindmøller er en voksende industri.
Disse modeller har dog fælles mål: at levere ren, bæredygtig og overkommelig elektricitet til de mest geografisk isolerede befolkninger, der ikke har en energikilde, ved at kontrollere og fange disse kraftige og regelmæssige vinde. Dette giver dem mulighed for at fordoble energieffektiviteten og bevare naturressourcer, der kun udnyttes lidt under deres produktion. Faktisk er deres fremstillings- og installationsproces enkel og billig.
Den aerostat tilstand er et middel til at hæve i højde systemet bærer propellen, er nødvendige for omdannelse af den kinetiske energi i vinden til elektrisk energi. En af måderne til at hæve denne ballon er at injicere helium i ballonen. Denne gas, der har en lavere tæthed end luft, gør det muligt for systemet at blive holdt højt i luften uden at bruge brugen af energi. Denne tilstand er kendetegnet ved en generator, der er i flyvning.
Drager er designet siden oldtiden og bruges i dag til at producere elektrisk energi ud fra vindens kinetiske energi. Faktisk giver deres evne til at indsætte sig i højden kombineret med deres lethed, dem i stand til at udnytte stærke og kontinuerlige vinde, kaldet jetstrømme, med et output, der kan gå ud over 10 kW.m -2 .
De er kendetegnet ved en bestemt driftsform, ligesom deres sammensætning og sammensætning varierer alt efter oprindelsesfirmaet. Derudover involverer denne tilstand af elproduktion en generator, der enten er under flyvning eller på jorden.
Ligesom aerostatvindmøller udnytter kite-vindmøller dog vindens kraft i højden for at få optimal ydeevne. Faktisk er denne hastighed 3 til 4 gange større end den, der findes på jordoverfladen, og dens terning repræsenterer den genererede elektriske energi.
Afhængigt af generatorens position og typen af station, som den er tilsluttet, vil bevægelserne for at fange vinden være forskellige.
Hvis det er på jorden, vikles den nedre del af kablerne, der forbinder dragen til jorden, i niveau med en spole, der er forbundet til en generator uanset stationstype, som enten er mobil eller fast. I dette tilfælde modtager jordstationen en mekanisk energi, der genereres af sidevindbevægelser , som også vil beskrive otte, under stigningen i højden af disse drager, hvis anvendelighed vil være forskellig afhængigt af stationstypen: mobil eller fast.
I tilfælde af at stationen er fast, vil disse vindmøllers driftstilstand blive opdelt i to forskellige faser i henhold til den såkaldte "yoyo" -metode eller " reel-out / reel-in " ifølge en engelsk udtryk der kan oversættes som "afvikling / tilbagespoling":
I modsætning til den faste station genererer mobilstationen en kontinuerlig strøm af energi, fordi den ikke præsenterer en genopretningsfase, selvom kablet afvikles og vikles. I dette tilfælde giver denne proces dig kun mulighed for at styre kites sti. Således trækker kraften på samme måde for at dreje generatoren, som udnytter imidlertid bevægelsen af jordstationen og ikke bevægelsen af vikling og afvikling af kablet.
I tilfælde af at generatoren er på flugt, er kiten kendetegnet ved tilstedeværelsen af små turbiner integreret på vingeniveauet for at overføre elektricitet direkte til stationen ved hjælp af elektriske kabler. Den samme driftsform ved sidevind kan observeres.
Til hjælpeprojekter, konvertering til elektricitet leveret til stationen.
Flydende luftbåren turbine (BAT)Start-up Altaeros Energy er en start-up grundlagt i 2010 af Ben Glass og Adam Rein, begge tidligere studerende fra henholdsvis Massachusetts Institute of Technology (MIT) og Harvard University. Altaeros Energie har genopfundet mulighederne med ballon- og luftskibsteknologi til at løfte en vindmølle. Dette er den flydende luftbårne turbine (BAT).
Det består af et ubemandet cylindrisk luftskib, lavet af holdbart, gasbestandigt kompositstof, der er fyldt med helium og viklet omkring tre roterende vinger, der omdanner vindens kinetiske energi til elektricitet.
Dette cirkulære oppustelige skrog er næsten 10 fod langt (10,7 meter), med selvstabiliserende kapacitet og producerer aerodynamisk løft ud over opdrift. BAT flyder mellem 1.000 og 2.000 fod over jorden eller svarende til 300-600 m .
Eksisterende føderale regler gør det muligt for BAT at flyve næsten 2.000 fod over havets overflade, under de fleste flyvninger. Turbinerne inkluderer sikkerhedslys og lokaliseringsfyr for at advare passerende fly.
I denne højde er vinden mere konstant og hurtigere med en effekttæthed i gennemsnit fem til otte gange større end jorden. Derudover udgør de roterende vinger ikke en væsentlig trussel mod fugle og flagermus, siger Altaeros, fordi de typisk ikke flyver så højt som møller.
BAT er fastgjort til tre bånd med høj styrke, der forbinder den med en roterende jordstation. Energien genereret af turbinen cirkulerer langs disse kabler til jordstationen, før den overføres til netværket.
Befæstelseselementerne er også forbundet til et automatiseret og computerstyret system.
For at styre placeringen er BAT udstyret med vindmåler installeret i den luftbårne enhed og jordstationen. Når vindmålerne registrerer en optimal vindhastighed, er en algoritme ansvarlig for at optimere BAT-højden i henhold til udviklingen af de omgivende vinde. Det justerer automatisk længden på BAT-båndene for at få de stærkeste vinde muligt, mens basen drejer i retning af vinden. Disse justeringer gør det muligt at opnå den bedst mulige udgangseffekt.
Derudover kan BAT ligesom andre bundne balloner medføre kommunikationsudstyr såsom cellulære transceivere eller meteorologiske enheder og andet detektionsudstyr. En anden fordel, selv et WiFi-system ville være om bord. Dette ville dække et meget større område end på et tårn på grund af BAT's højde, vel vidende at Altaeros har erklæret, at det ekstra udstyr ikke vil påvirke turbinens energimæssige ydeevne.
En anden ikke mindre påvirkende fordel er omkostningerne ved installation og transport. Ifølge opstarten reduceres energiomkostningerne med de bedste tilgængelige teknikker (BAT) faktisk med 90%. Der kræves ingen dyre infrastrukturer, såsom elnet eller kraftværker. Alt dette med muligheden for, at denne teknologi vil blive implementeret på mindre end 24 timer, fordi den ikke kræver en kran eller et underjordisk fundament.
Under driften ifølge teamet er løfteteknikken tilpasset aerostater, industrielle fætre til luftskibet. Start- og landingsmanøvrer er de eneste gange, hvor energi forbruges.
Altaeros har allerede testet sin BAT-prototype med vind på 70 km / t , men fordi de anvendte materialer er den samme teknologi som andre industrielle luftskibe, er de designet til at modstå vind i orkanen op til over 160 km / t.
Derudover påvirkes systemet ikke af regn eller sne. Hvis det forventede vejr er for ustabilt, eller hvis en snor løsnes, vil BAT-sekundærjordbåndet, der beskytter systemets elektroniske komponenter mod lyn, dog selvforankre. Derudover er BAT-systemet i stand til at anløbe autonomt for at vente på en storm på sin jordstation, hvor det kan fortsætte med at producere energi.
Bemærk dog, at BAT ikke er beregnet til at producere en meget stor mængde energi på trods af dens effektivitet. Ifølge Adam Rein er BAT ikke designet til at erstatte konventionelle turbiner monteret på et tårn. I stedet er dets mål at bringe vindkraft til isolerede områder uden for nettet, hvor tårne ikke er praktisk eller økonomisk gennemførlige.
Den første model har en kapacitet på 30 kilowatt, hvilket giver tilstrækkelig elektricitet til omkring et dusin amerikanske hjem. I 2015 vil BAT teste sin evne til at drive mikronet på et sted syd for Fairbanks, Alaska., I en 18-måneders periode forsøg finansieret af Alaska Energy Authority. Mennesker i Alaska på landet er afhængige af benzin- og dieselgeneratorer for deres magt, mere end en dollar pr. Kilowatt time el. BAT med 30 kilowatt sigter mod at reducere disse kilowatt-timers omkostninger til omkring 18 cent, sagde medstifterne.
Dette 18-måneders projekt i Alaska vil være det første langsigtede kommercielle projekt til at teste denne teknologi.
I sidste ende er opstartsmålene at implementere BAT i ø- og landdistrikter som Hawaii, det nordlige Canada, Indien, Brasilien og dele af Australien. På grund af den hurtige opsætning af BAT'er kunne de også levere elektricitet til steder, der er ramt af naturkatastrofer såvel som i forlystelsesparker, festivaler og sportssteder. Endelig kunne de tjene som placeringer i områder, hvor store dieselgeneratorer leverer elektricitet såsom militærbaser og industrianlæg.
Dragerne designet af det californiske firma Makani Power er generatorsystemer under flyvning. De ligner små jetfly, der består af små turbiner, der genererer elektricitet ved vindens kraft.
Dette firma blev grundlagt i 2006 af Corwin Hardham, Don Montague og Saul Griffith, som havde et fælles mål om at udvikle et nyt system til vedvarende energi til en lavere pris, baseret på en drages drift. For at finansiere deres projekt var Google.org den første investor som en del af dets RE <C-program.
Makani Powers kerneteknologi er en prototype på 8 og 20 kW . På den anden side tilstræbte dette firma i kommerciel skala at udvikle en 600 kW- model med et vingefang på 28 meter.
Faktisk var Makani Power i stand til at forbedre designet af sin Energy kite og nåede en højde på 150 til 300 m, hvor vinden er mere konstant og stærk med støtte fra ARPA-E. Og et par år senere, imaj 2013Google greb Makani Power for yderligere at forbedre denne teknologi og gøre den markedsførbar. Produktionseffektiviteten kunne ganges med 30, så virksomheden udviklede M600-modellen med en effekt på 600 kW .
Drift af vindmølle af typen "svævefly"
Ligesom vindmøllerne, der har generatorer på jorden, flyver prototypen, der er udviklet af Makani-kraften, i sidevind og bevæger sig i løkker med en størrelse på ca. 250 m i diameter. Vindens kinetiske energi udnyttes på rotorernes niveau, 8 i antal, der omdanner den til mekanisk energi. Disse vindmøller er anbragt på vindmøllens vinge med en vingefang på 26 m og lavet af kulfiber, der er forbundet til stationen via en elektrisk binder. Denne model kan således generere op til 600 kW .
Det er dog kun i en højde på ca. 300 m , at drageren kan begynde at udføre sidevindbevægelser. For at nå denne højde kræver start, der finder sted vinkelret på vinden, energi og kontrol. Det er først efter dette trin, at dragen kan flyve autonomt ved at beskrive en cirkulær sti og ved at samle vinden op på møllernes niveau.
De forskellige baner lavet af kiten styres og styres af software, der er direkte integreret i kiten, og som tager højde for GPS-data. Disse gør det muligt for controlleren at blive informeret om hans position, hastighed og højde, så han kan orientere den på den bedst mulige måde og lande den om nødvendigt.
Stillet over for den udviklede kraft fra denne vindmøllemodel forpligtede holdet sig derfor til at bruge denne nye teknologi i store vindmølleparker.
Joby EnergyJoby Energy blev grundlagt i 2008 og er et amerikansk firma, der udvikler en FG-AWES.
Metoden til elproduktion og start- og landingsmanøvrer svarer til Makani-konceptets.
Den væsentligste forskel mellem Joby og Makani er, at det luftbårne køretøj i fangenskab er en multi-frame struktur med integrerede propeller.
Joby patenterede også et aerodynamisk kabel til sit system.
I 2009 og 2010 testede Joby forskellige prototyper i mindre skala.
Sky PowerDet amerikanske firma Pacific Sky Power markedsfører en statisk drage, der bærer turbiner.
HimmelvindkraftDet amerikanske firma Sky Windpower arbejder på et gyroplane- system for at udnytte jetstrømmen .
FlygenKiteDet franske FlygenKite- projekt udvikler en skalamodel, hvor turbinen forsyner et advarselslys, der gør det muligt at visualisere variationer i kraft i statisk flyvning og i figurer med otte figurer.
Mekanisk konvertering ved trækkraft transmitteret af et kabel, der forbinder en eller flere flyvende enheder til stationen.
Den såkaldte "yoyo" -metode eller " reel-out / reel-in " eller pumpemodus er godt repræsenteret som vist ved eksemplerne nedenfor. Dragen genererer energi under trækfasen, hvor dragen bevæger sig væk ved at afvikle rebet fra spillet, der driver den elektriske generator . Dette omdannes til en motor under tilbagekaldelsesfasen, hvor drageren derefter skal generere så lidt luftmodstand som muligt.
Andre metoder undersøges:
I modsætning til Makani Power ligner de drager, der er udviklet af Kite Power, paragliderne.
Dette hollandske firma blev grundlagt i januar 2016af Johannes Peschel og Roland Schmehl. Udviklingen af deres kite-type luftbårne vindmølleprojekt blev muliggjort takket være deres samarbejde med TU Delft og HsKA Karlsruhe.
Således har denne vindmodel sine egne egenskaber og driftsform. Generatoren til disse drager er placeret på jorden i en fast station og er forbundet til kontrolsystemet, der er fastgjort til paragliderens vinge. Denne styreenhed gør det muligt at virke på kablerne ved at udøve eller ikke trækkraft for at orientere dragen eksternt under dens flyvning både under energiproduktionsfasen og for energiforbrugets. Derudover kan kiten fungere med bedre pålidelighed på grund af nærheden mellem dette system og dragen. Vingen er kendetegnet ved en oppustelig struktur og tilstedeværelsen af rør, som letter transport og vedligeholdelse og reducerer omkostningerne.
Dens driftsform er således karakteriseret ved to faser. En fase af energiproduktion, hvor dragen udfører bevægelser i 8 ved skævflyvning. Dette trin gør det muligt for kablet at rotere, hvilket giver en trækkraft, der virker på generatoren for at producere elektricitet. Og en fase af energiforbruget, der begynder, når kablet har nået sin maksimale længde, mindre end den genererede, for at vinde sidstnævnte og bringe dragen til sin oprindelige position.
Nettoenergiproduktion vil derfor altid være positiv.
Imidlertid har et andet firma udviklet en anden model af luftbåren vindmølle svarende til den for Kite Power.
Kite Power SolutionsInden for dette britiske selskab kaldes også Kite Power Systems, der blev grundlagt i 2011 af Bill Hampton. Konceptet ligner det, der blev udviklet hos Kite Power, både med hensyn til dets design, dets kontrolsystem og dets driftsform. Imidlertid fungerer det udviklede system fra to drager under flyvning og ikke kun en. Takket være deres ambition modtog dette selskab allerede i 2016 finansiering fra tre store virksomheder: Shell Ventures, et datterselskab af Shell, E.On, et tysk energiselskab og Schlumberger, et amerikansk olieserviceselskab, der gjorde det muligt at hæve sit budget til £ 5million.
Driften udføres fra to vinger og derfor to styreenheder, der er forbundet til den samme generator placeret i en fast station på jorden med et trækkabel med en længde på 100-200 m . Når de udfører tallet på otte bevægelser, drives spolen og genererer elektricitet. 3 De kan nå en flyvehastighed på 45 km / s med vind på 20 km / s , hvilket får kablet til hurtigt at vinde rundt om denne spole. To andre vedhæftede filer forbinder dragen til kontrolsystemet for at forhindre, at dragerne tømmes i tilfælde af ugunstige vinde. GPS-systemet gør det muligt konstant at kende placeringen af disse to drager.
Begge faser er identiske med dem, der udføres af det drage, der er udviklet af KitePower, men når en af de to drager vil være i energiproduktionsfasen, vil den anden være i tilbagetrækningsfasen, som kræver energi. I dette trin reduceres vingens stigning for at reducere den aerodynamiske modstand.
Dette gør det således muligt kontinuerligt at levere energi, hvilket kan levere svarende til 380 husstande om året.
Denne nye teknologi kunne installeres på dybt vand i stor højde, men også i fjerntliggende områder, fordi de let kan transporteres.
I øjeblikket arbejder ingeniører på at automatisere systemet, så det kan lanceres i luften og lande "med et tryk på en knap". De planlægger også at implementere en 500 kW- model i West Freugh i det sydvestlige Skotland. Dette kan føre til et jordbaseret demonstrationsnetværk bestående af flere sådanne systemer i løbet af de næste par år. Et andet system, der i mellemtiden er 3 megawatt, overvejes også både på land og til søs.
Et af målene er at udvikle et system, der kan implementeres i enhver region i verden.
Denne opstart har imidlertid ikke til hensigt at stoppe der, den overvejer opførelsen af et af de første kite-kraftværker i verden. Ifølge hende kunne denne nye teknologi generere op til flere hundrede megawatt inden 2030.
EnerKiteEn anden form for kite, fremsat af det tyske firma EnerKite, grundlagt i 2010 af Alexander Bormann, er kendetegnet ved en struktur, der ligner en hangglider. Ligesom Kite Power Solutions er dens generator på jorden, men dens station er knyttet til en lastbil, og dens kontrolsystem er ikke i flyvning. Faktisk, i modsætning til tidligere modeller, har denne opstart udviklet et system, der fungerer på trods af meget lav vind under overholdelse af sikkerhedsstandarder. Dette blev derfor muliggjort ved at minimere vægten af denne vindmølle og placere styresystemet på jorden og ikke i luften.
Denne model fungerer ved at udføre sidevind-flyvebevægelser i en højde fra 100 til 500 m i henhold til en effektfase og en genopretningsfase, kaldet "omvendt af jojo" [27]. Derudover styres det via et unikt 3-leder system for at sikre pålidelig kommunikation med jorden og reducere risikoen for fejl.
Under effektfasen vil systemet beskrive 8-formede sløjfer, mens genopretningsfasen stiger i højden, for sin del, er kendetegnet ved en nedstigning og en tilbagevenden til udgangspunktet, der kræver et lavt energibehov. Denne kraftfase vil udnytte vindens kinetiske energi, faktisk er dragen forbundet med en roterende mast, som vil blive sat i rotation under denne stigning i højden. En trækkraft vil blive skabt for at nå mere kraftige vinde. Sidstnævnte vil derfor skabe mekanisk energi takket være de mange rotationer af kablet, som vil blive brugt til at levere en generator eller generator for at opnå elektrisk energi. Denne mast har også en anden ejendommelighed, den kan trækkes tilbage både til start eller landing, hvilket gør det muligt for kiten at stige i højden selv i nærvær af svage vinde.
For at forblive i luften er en vindhastighed på mindst to meter pr. Sekund nødvendig for drageren, hvis kraft vil være betydelig i tilfælde af vind på 3 meter pr. Sekund.
For at udføre disse to faser forbindes disse vindmøller til jorden via 3 polyethylenkabler inklusive den roterende mast, som er op til 7 gange mere modstandsdygtige end stålkabler for at klare de stærke vinde i 300 m højde. To bånd forbinder enderne af vingen til jorden (bageste kanter), og den sidste, som har karakteristikken ved at transportere energi til jordstationen, er placeret i midten (forkanten) af drageren. Med hensyn til sammensætningen af dragerne er de lavet af aluminium med tilsætning af kulfibre for at sikre bedre styrke.
Der er 3 typer Enerkite vindmøller: EK1M, EK200 og EK30.
- EnerKite EK1M med et overfladeareal på 125 m 2 har en effekt på 500 kW, der gør det muligt at producere og distribuere elektricitet i stor skala. Det kan drive landbrug, minedrift og nødhjælpsvirksomheder.
- EnerKite EK200 med et overfladeareal på 30 m 2 og en effekt på 100 kW kan bruges til levering på stedet eller i isolerede netværk.
- EnerKite EK30, som blev designet i 2010, har et areal på 8 m 2, der giver mulighed for en effekt på 30 kW . Denne model, der er knyttet til en brandbil, er blevet bredt afsløret ved begivenheder, der finder sted i Europa for at gøre denne innovative teknologi kendt for offentligheden, men også for embedsmænd såvel som for potentielle investorer. Denne luftbårne vindmølle er fuldt funktionel og bruger teknologi, der er baseret på Ram-air finnevinger. Ifølge undersøgelser foretaget af EWC Météo Consult GmbH i Karlsruhe kunne den producere op til 6.000 timers opladning om året, mens en konventionel vindmølle giver 3.600. En første kommercialisering var planlagt til 2017.
KiteGen blev oprindeligt designet af den italienske forskningsingeniør Massimo Ippolito. Mens han observerede surferne, bemærkede han den store mængde energi, han kunne samle, og troede, at et lignende system kunne generere elektricitet.
KiteGen-projektet er et koncept, der i øjeblikket udvikles i Italien til en vindsele-maskine, der trækker sin energi fra store vindhøjder mellem 500 og 10.000 meter. KiteGen-teamet har siden 2003 været involveret i udviklingen af denne nye teknologi til omdannelse af høj energi til energi og har i øjeblikket mere end 40 patenter i marken.
I juni 2006, Kitegen var blevet valgt til at modtage offentlig finansiering fra det italienske ministerium for økonomisk udvikling, men evalueringen af proceduren blev ikke udført på grund af manglende midler.
I august 2006, blev en prototype af Kitegen ved navn Mobilegen testet for første gang. Dette system er mobil, monteret på lastbil og bruger vind i lav højde.
Et andet generations mobilgeneratorsæt er testet i september 2007i Francesco Cappa lufthavn i Casale Monferrato (provinsen Alexandria, Italien). Enheden kaldet KSU1 brugte en drage, der fløj 800 meter over havets overflade med automatiske kontroller. Eksperimenterne varede i tre dage og krævede særlige tilladelser fra civil og militær luftfart.
I september 2012, Kitegen sendte den italienske regering et tilbud om at aflaste Portovesme-aluminiumssmelteren ved ALCOA og styre det ved hjælp af dets vindfangstteknologier. Faktisk er anlægget den største energiforbruger i Italien med 2,3 TWh / år . Kitegen mener derfor, at en gård med 200 generatorer, der besætter en kvadratkilometer nær anlægget, kunne trække 300 MW strøm med en årlig tilgængelighed på 5.000 timer.
Essensen af KiteGen-konceptet kan sammenlignes med et vindtårn, hvor knivens ender vil være den mest effektive del, da de når de vigtigste hastigheder. I tilfælde af KiteGen er det kite-sejlene, der vil være den effektive del af systemet.
Dragerne flyver på en forudbestemt sti, som kan omdanne den kraft, der udøves på kablet, til et samlet mekanisk drejningsmoment, som drejer den lodrette akseturbine.
Hvert sejl er forbundet med jorden med to kabler i kompositmateriale, der er viklet på en spil, der transmitterer trækkraft, mens den styrer retningen og vinklen til vinden.
Manøvrenheden (kaldet KSU, akronym for KiteSteering Unit) giver dig mulighed for automatisk at styre en eller flere vinger i henhold til præcise baner.
En automatisk software gør det muligt at behandle dataene for de forskellige elementer baseret på data modtaget fra generatoren og fra avionics-sensorer monteret på vingeprofilerne. Det fungerer på kablerne (spænding, position, sejlens hastighed).
Kablerne forbinder sejlet med den cirkulære platform i Kitegen-systemet placeret på jorden.
Den cirkulære platform drejes af kraften fra kraftige vinde og driver en turbine til at producere elektricitet. Denne struktur er turbinen i vindmølleparken i stor højde, mens dragerne er "knivene" på turbinen.
KiteGen-firmaet arbejder på flere mere eller mindre avancerede projekter:
"Stem" -konfiguration
I konfigurationen "Stem" trækker vingerne kablerne, som igen aktiverer generatorerne på jorden, som producerer elektricitet. Når kablerne er helt udrullet, føres vingerne ind i en position med minimal vindmodstand, og kablerne spoles tilbage.
Det automatiske kontrolsystem sikrer på sin side i realtid, at flyveveje og andre operationer udføres på en sådan måde, at energiproduktionen optimeres.
I 2006 blev der bygget en første prototype kaldet KSU1 med en nominel effekt på 40 kW , som blev testet i en højde på 800 m med tilladelse fra ENAC (National Civil Aviation Authority) og ENAV (National Flight Assistance Agency).
"Stem Offshore" konfiguration
I "Stem Offshore" -konfigurationen findes systemet i det åbne hav, hvor tilgængeligheden af vind generelt er højere, både med hensyn til styrke og konsistens sammenlignet med land- eller kystområder i lav og høj højde.
På grund af de store teknologiske vanskeligheder og høje omkostninger er der i øjeblikket kun en fungerende prototype (Blue H).
Konfiguration af "karrusel"
"Carrousel" -konfigurationen er en teknologisk løsning, der i det væsentlige sætter flere KiteGen-stanggeneratorer i serie,
Da vingerne flyver i en højde fra 800 til 1.000 meter over jorden, bevæger sig hele strukturen, trukket af sine vinger på en cirkulær sti, og energi genereres af denne relative bevægelse.
Med denne opsætning håber KiteGen-teamet at opfange store mængder vind i stor højde inden for en enkelt installation. Udviklingen af KiteGen-karrusellen vil finde sted efter udbredelsen af Stem-generatorerne.
Som med andre typer luftbårne vindmøller er den mest betydningsfulde fordel, at vinden i stor højde er meget kraftigere og konstant sammenlignet med jordniveauet. Kitegen-teamet håber at generere 5.000 til 6.000 timer om året med deres "Stem" -konfiguration.
Ikke desto mindre er der stadig mange tekniske forhindringer, der skal overvindes, vindkraften, der udøves på sejlene i højder over 800 meter, er sådan, at sejl og kabler skal designes med meget høj modstand og uden risiko for sammenfiltring.
Det langsigtede mål med KiteGen-forskning er at reducere omkostningerne ved produceret energi samt at finde en energiløsning til et globalt energimix ved at fokusere på troposfærisk vind.
Ampyx PowerAmpyx Power er et firma grundlagt i 2008 af Bas Lansdorp og Richard Ruiterkamp med speciale i vindenergi under flyvning. Dette firma blev oprettet, efter at Lansdorp faldt ud af sin fem-årige undersøgelse i vindenergi ved Delft University of Technology for at grundlægge Ampyx Power.
Oprindeligt var virksomheden et hold oprettet af den tidligere astronaut Wubbo Ockels ved Delft University of Technology for at undersøge omdannelsen af varme, vind og friktionsenergi til elektricitet. Holdet bestod af flere forskere, herunder teamledere Richard Ruiterkamp og Wubbo Ockels.
Wubbo Ockels, havde interesse i energi, da han lod en dragelinje glide væk, og den brændte hans hånd. Han begyndte derefter at undersøge og undersøge, hvordan man omdanner denne energi til elektricitet. Det var ved universitetet i Delft, at han sammen med Bas Lansdorp dannede et hold, der var ansvarligt for at udvikle drager, der kunne genvinde vindens energi. Richard Ruiterkamp blev derefter holdleder og skabte et fly med fast fløj, der tillod større kontrol og gjorde det muligt at generere mere strøm. Virksomheden har i øjeblikket 50 ansatte, heraf 40 ingeniører.
2009-2014: Prototyper AP0-AP2
Siden 2009 har Ampyx Power vist, at det er muligt at producere energi med et fly i fangenskab, hvis første prototype er AP0.
I 2012 tog virksomheden et vigtigt skridt fremad ved for første gang at vise fuldt autonom elproduktion. I løbet af en 50-minutters flyvning med den anden AP1-prototype. Mange investorer, såsom EON, bemærkede virksomheden på dette tidspunkt og begyndte at interessere sig for Ampyx Powers stilling til vindkraft.
2015-2017: AP3 og AP4
Efter tre generationer af prototyper (AP0-AP2), hvor Ampyx Power har bevist sig med sine tre prototyper bygget mellem 2009 og 2013, startede virksomheden produktionen af den sidste prototype, AP3 i 2017. Denne prototype er designet til at demonstrere sikkerheden og autonom drift af vores system.
I december 2016, Orange Aircraft i Breda starter produktion af AP3. Virksomheden har også bestilt en miljømæssig konsekvensanalyse af teknologien. Ved udgangen af AP3 vil teknologien have modnet, så den kommercielle type kan defineres. Dette vil føde AP4.
Med AP4 er fokus på energiproduktion for at opnå en kapacitet på 2 til 4 MW , hvis primære formål er at erstatte konventionelle vindmøller med sammenlignelig kapacitet bygget siden begyndelsen af århundredet, og som nu er ved slutningen af liv.
April 2017 : samarbejde mellem Ampyx Power og EON
Det 17. april 2017, Ampyx Power underskriver en samarbejdsaftale med den tyske energikoncern EON. I henhold til denne kontrakt arbejder EON og Ampyx Power sammen om at bygge et AP3- og AP4-teststed i Irland. Efter en vellykket demonstration af AP3 og AP4 fortsætter virksomhederne med et første offshore teststed og genopretter derefter de første EON offshore-projekter, der forlænger levetiden.
Ampyx Power-systemet, der genererer elektricitet fra vind ved hjælp af et fly, der flyver på 500 m højt, kunne indsættes på flydende platforme, der er forankret i relativt små størrelser, hvilket gør det muligt at rulle økonomisk AWES på steder, hvor implementeringen af konventionelle havvindmøller stadig er teknisk umulig.
2018: "Sea-Air-Farm" -projektet
I 2018 blev projektet "Sea-Air-Farm" gennemført gennem samarbejdet mellem Ampyx Power, ECN (Netherlands Energy Research Center), Marin (Dutch Maritime Research Institute) og Mocean Offshore. Projektet, hvis undersøgelse vedrører offshore-anvendelse af flydende AWES, blev udført med et tilskud fra Topsector Energy fra Økonomiministeriet. Dette konsortium undersøger også mulighederne samt grænserne for en luftbåren vindmøllepark med flere systemer, offshore og på dybt vand.
ECN validerede aero-værktøjerne, installation, drift, modellerede vedligeholdelsesscenarier samt ydeevne og omkostninger. Mocean Offshore designet den flydende platform med sine fortøjnings- og interne afskærmningskabler, som blev testet i Marin-testbassinet. Ampyx Power designede konceptplanet og hele havmølleparken, studerede certificeringsrammen og ledede projektet.
Operation
Systemet er et fly i fangenskab, der omdanner vind til elektrisk energi. Flyet er fastgjort til en generator på jorden. Når den bevæger sig, trækker den i kablet, der driver generatoren.
Flyet kører regelmæssigt i sidevindsforhold mellem 200 og 450 m højde.
Når fastgørelseselementet er viklet på en forudbestemt fastgørelseslængde på ca. 750 m , vender flyet automatisk tilbage til en lavere højde, hvilket får kabelvinden til at lade det gå tilbage og gentage processen med energiproduktion.
Flyet lander automatisk og starter fra en platform ved hjælp af et sæt sensorer, der giver autopiloten kritisk information til at udføre opgaven sikkert.
I sidste ende er virksomhedens hovedmål at levere bæredygtig energi i omfanget af offentlige tjenester.
Ampyx Powers luftbårne vindenergisystem (AWES) med et fly i fangenskab, der giver adgang til de stærkeste og mest kraftfulde vinde, hvilket kræver små fundamenter såvel som en lille mængde materiale som helhed. Det øger tilgængeligheden af steder til rentabel udnyttelse af vindenergi betydeligt.
KiteLab Group, der eksperimenterede med forskellige systemer designet til en generator på jorden, producerede også en statisk drage, hvis linje bærer turbinen.
Den luftbårne vindmølle ved navn Daisy implementerer en metode til overførsel af drejningsmoment fra mindst en rotor ved spændingen i et net af ledninger og er udviklet af Roderick Read. Der er installeret ringe, der letter transmission. Et netværk af drager, hvoraf nogle roterer og andre bærer, undersøges.
Luftbårent vindenergisystem baseret på en åben Tensegrity Shaft (OTS)Denne roterende vindmølle er også kendetegnet ved et momentoverførselssystem i henhold til princippet om tensegrity og er designet af Christophe Beaupoil.
HimmelormDette drejningsmomentoverførselssystem inkluderer et væld af rotorer omkring en enkelt central akse og er designet af Douglas Selsam.
Luftbårne vindmøller skal gøre det muligt at udnytte mere kraftfulde og regelmæssige vindhøjder i høj højde, hvilket giver en bedre belastningsfaktor end de vinde, der er tilgængelige for konventionelle vindmøller, og dette til et meget lavere forbrug af inkorporeret energi , kablet eller ledningerne erstatter. mast. Dragesystemer, der udfører energiske tricks, kan feje et meget stort område af vind.
Der er dog vanskeligheder, der skal løses, og ulemper, der skal tages i betragtning:
Stive og fleksible vinger
Spørgsmålet, som mange virksomheder og forskningsgrupper står over for på dette område, er, hvilken type fløj der har de fleste fordele.
Stive vinger har bedre aerodynamisk effektivitet og derfor mere kraft. Intet er mindre sikkert med hensyn til, om den ene af de to løsninger viser sig at være bedre end den anden. Det konstateres imidlertid, at en tendens er tydeligt synlig for stive fendere. Faktisk skifter flere og flere virksomheder fra blød til stiv, selvom der er meget akademisk forskning i gang på bløde vinger.
Start og landing
Start og standsning af disse vindmøller kræver speciel start samt landingsmanøvrer, der er komplicerede og energiforbrugende. Disse to dele er de sværeste at automatisere og er genstand for meget forskning fra private virksomheder og laboratorier.
Optimal højde
Et andet interessant spørgsmål er, hvor meget det koster at flyve med optimal højde og vind, dvs. hvad er den bedste kabellængde og vinkel, der maksimerer effekt. Forøgelse af højden giver mulighed for stærkere vind, men at øge kabellængden eller højdevinklen reducerer effekten. Flere andre vigtige punkter skal afklares, såsom regler og lufttrafik samt sikkerhedsområdet, der kræver et ubeboet område på grund af det samlede areal, der er dækket af rebene eller linjerne i systemet, hvilket område øges ti gange i henhold til kompasrosen ...
Kabler
Befæstelseselementer til vindmøller er normalt lavet af polyethylen, et relativt billigt materiale med fremragende mekaniske egenskaber. Kablerne kan være 1, 2 eller 3 i nogle koncepter. De bærer elektricitet til elproduktion eller bare til aktivering om bord. På den anden side udgør fastgørelseselementerne et slidproblem på grund af de høje mekaniske belastninger, der udøves, samt vanskeligheder med hensyn til vedligeholdelse.
Udbytte
Effektiviteten med det samme fejede areal er meget lavere (bortset fra gyroplanvindmøller og vindmøller, der transporteres af aerostater, derudover fejer et mere begrænset område) end effektiviteten af en konventionel vindmølle.
Pålidelighed
Den langsigtede pålidelighed skal stadig demonstreres ved test, især med hensyn til automatisering af lanceringer og tilbagekaldelser af den flyvende enhed.
Brug af materialer
Jo hurtigere slid på materialer, der skyldes mekaniske belastninger, virkningen af ultraviolet stråling, som er særligt ødelæggende for fleksible drager, og virkningen af andre kemiske grundstoffer, er stadig genstand for bekymring og bekymring. Undersøgelser af virksomheder og universiteter.
Syntese
Rådgivning om vedvarende energi DNV GL udarbejdede en rapport med titlen Højhøjde Statusrapport for vindenergimarked , der fremhæver potentialet, men også forhindringerne. Han anbefaler installation til søs , da det er mindre restriktivt med hensyn til sikkerhed og accept af offentligheden.
Til dato er der kun brugt titusindvis af dollars på udviklingen af AWES. Dette beløb repræsenterer en relativt lille investering, især i betragtning af størrelsen på det potentielle marked og de fysiske fundament for denne teknologi. Indtil videre er de vigtigste økonomiske bidrag ydet af store virksomheder, der er involveret i energimarkedet. Samfundet udvikler sig gradvist både med hensyn til patenter, men også med hensyn til videnskabelig forskning.
I modsætning hertil er der stadig ingen kommercialisering af produkterne, og de fleste virksomheder, der forsøger at finde en markedspasning, fokuserer nu på off-grid markeder og fjerntliggende placeringer. Dette er for at sætte dem i stand til at imødekomme behovene på denne type marked, som til dato er den mest tilgængelige.
Ikke udtømmende liste
Siden "Publikationer" på hjemmesiden KitePower fra University of Technology Delft referenceindsamling af dokumenter dateret i kronologisk rækkefølge.
Ikke udtømmende liste