Flyver højt:hvordan droner på kabler udvider omfanget af vindenergi

Ved at udnytte kraften fra stærke vinde i større højde, end møllerne når, luftbåren vindenergi kan være en anden vigtig kilde til vedvarende energi, men det kræver en kombination af vellykkede designs, mere robust software og god historiefortælling for virkelig at tage fart.

Den firkantede drone ryster i vinden med de schweiziske alper i baggrunden. Ved første øjekast, det ligner en ferievideo af en droneentusiast, bortset fra at dronen genererer energi, når den flyver. Et kabel forbinder det med jorden, og når vinden trækker dronen op, det frigiver kablet gennem et spil, og der produceres energi. Dette er en test af et luftbåren vindenergisystem af virksomheden Skypull fra Schweiz, og det kan være en nøgleteknologi til at forme fremtiden for vedvarende energi.

I forsøg på at tackle klimaforandringer, vindenergi er sandsynligvis vigtig. I 2027, Det Internationale Energiagentur vurderer, at vindmøller vil være den største energikilde i EU. Men det har også en række ulemper:Møller er store, dyrt og svært at bygge.

Derfor eksperimenterer en række forskere og startups nu med såkaldt luftbåren vindenergi. Design er meget forskellige, men generelt betyder det at bruge et blimp, drage eller drone, som er fastgjort til jorden med et kabel, at producere energi. Luftbårne installationer som disse kan få adgang til stærkere vinde ved at flyve højere end konventionelle vindmøller, mens også, i teorien, er billigere og lettere at installere, kompensere for nogle af svaghederne ved jordbaseret vind.

Deployability

"Luftbåren vind vil koste mindre i forhold til traditionel vindenergi, "sagde Nicola Mona, medstifter af Skypull. "Der er en økonomisk driver. Men der er også udbredelsesmulighederne. Traditionelle vindmøller løber ind i pladsbegrænsninger, mens luftbårne systemer kan fungere flere steder. "

Skypulls design er en hybrid mellem en multicopter drone, og et almindeligt fastvinget fly. Håndværket ligner en kasse, med fire vinger knyttet til hinanden i en firkant og rotorer på hjørnerne. Dette gør det muligt at tage af sted på vanskelige steder, men i større højder flyver det som et almindeligt svævefly, som genererer løft gennem sine vinger. Lige nu tester teamet stadig konceptet med mindre designs på omkring 1,25 meter vingespænd, men til sidst vil de bygge en drone med et samlet 17 meter vingespænd.

Opstarten tog fart, da de tre grundlæggere - Mona, Marcello Corongiu og Aldo Cattano - mødtes. "Da jeg først mødte Aldo, han præsenterede ideen for mig, Jeg husker, at min første reaktion var:"Det her er vanvittigt, dette vil aldrig fungere, "sagde Mona, en rumfartsingeniør, der havde været involveret i flere startups før. Endnu, med tiden blev han mere overbevist om potentialet. "Jeg kiggede på dokumenter og numre, og tjekkede alt som overbeviste mig. "

Bagefter, virksomheden deltog i flere opstartskonkurrencer, vinde en masse af dem. I øjeblikket færdiggør teamet designet af deres håndværk. "Vi har et par fungerende prototyper, "sagde Mona." De ligner ikke det endelige produkt, men de er gode nok til at bevise konceptet. "

Hvilken, hvis det vil fungere, kunne generere en betydelig mængde energi. Mona bemærker, at de i øjeblikket når en topeffekt på 3 kilowatt pr. Meter vingefang, mens deres oprindelige kommercielle produkt planlagt til 2022 vil nå 100 kilowatt for cirka 6 meters vingefang. Fra dette, der vil blive bygget et større system, der genererer 1 megawatt, lavere end en vindmølle på land, som gennemsnitligt er omkring 2,5 til 3 megawatt, men interessant for fjerntliggende steder og off-grid operationer rundt om i verden.

Et andet hold, der satser på luftbåren vind, er Ampyx Power fra Holland. De beskæftiger omkring 50 mennesker til at få deres design i luften. Ligesom Skypull producerer de en fastvinget, drone-lignende design. Men Ampyx Powers håndværk tager fart med en katapult fra jorden, og ligner mere et fly. Deres præ-kommercielle demonstrator AP3 har et vingefang på 12 meter, med to flykroge fastgjort til det, bageste ror og en stabilisator. Dette testfartøj kunne generere 150 kilowatt strøm.

"Dette er en helt ny generation af vindenergiteknologi, "sagde Pim Breukelman, kommerciel direktør for Ampyx Power. "Vi flyver en aerodynamisk vinge forbundet med et kabel, der igen er forbundet til en generator på jorden. Vi flyver i en højde mellem 200 og 450 meter, hvor vi finder konstante og kraftige vinde. "

Designene fra Ampyx Power og Skypull kan se vildt forskellige ud, men begge arbejder efter lignende principper. De tager af sted på en mekaniseret måde, klatring med motorer, indtil de når en vis højde, generelt omkring 200 meter. Der bruger de løftekapaciteten af ​​deres vinger til at fungere mere som en drage eller svævefly, bliver trukket op af vinden. Kablet, der holder flyet, er fastgjort til et spil, som bliver trukket ud, når vinden trækker dronen op. Dette skaber rotation, og dermed energi. Når spillet er strakt til det yderste, dronen styrer sig selv ned for at starte processen igen.

Ampyx Power tester deres niende prototype i slutningen af ​​året i Spanien, som vil blive efterfulgt af test i Irland. De arbejder også på et 2 til 3 megawatt kommercielt produkt, til onshore, offshore og til sidst flydende energiproduktion.

"Disse fly kan (i sidste ende) flyves fra flydende platforme, og er velegnede til steder til søs, hvor den nuværende vindteknologi ikke er rentabel eller teknisk gennemførlig, "sagde Breukelman." Om et par år formodes dette system at være operationelt. "

Supplerende

Men for alle fordelene ved den luftbårne version, Skypull og Ampyx Power ønsker ikke at erstatte almindelig vindenergi. "Vores system begynder, hvor vindmøller ender, sagde Breukelman, bemærker, at deres fly flyver i større højder, end møllerne kan nå, og supplerer dem. Han siger også, at luftbåren vind kan være nyttig til at forlænge levetiden for vindmøller til søs, hvis fundamenter kan fungere som startpuder til luftbårne vinddroner.

Nicola Mona er enig. "Vi har altid brug for en blanding af energikilder, "sagde han." Der vil aldrig være en enkelt vedvarende kilde, der erstatter alt. Vi har brug for en kombination af hydro, traditionel vind, luftbåren vind, sol og geotermisk. "

I mellemtiden, luftbåren vindteknologi udvikler sig også. Indtil for et par år siden, kite-lignende designs dominerede, ligner store versioner af dragerne fløjet af børn på stranden. Men i dag, de fastvingede designs, der ligner mere droner, er på vej op.

"Luftbåren vind startede med at tilpasse det, der allerede flyver, "sagde Mona." Så det er logiske drager, der kom først. Men i sidste ende tilbyder fastvingede designs bedre aerodynamik og energipotentiale. "

Sikkerhed

Sikkerhed er, imidlertid, noget, luftbårne vindselskaber stadig kæmper med. Hvis luftbåren vind vil generere energi i stor skala, skal de lade deres designs flyve autonomt i vinden i dage eller endda uger. Softwaresystemer skal kontrollere disse fartøjer i disse perioder, og få dem til at fungere under skiftende vejrforhold. Og alt det uden at de styrter sammen.

"Software er vores største udfordring lige nu, "sagde Mona." Du vil have, at disse systemer skal være fuldt autonome, hvilket ikke er let. "

Og så er der også reguleringen. Regulering for ubemandede fly halter stadig bagud i mange lande, påvirker også luftbårne vindselskaber.

Og endelig er der spørgsmålet om PR. "Med tiden så vi, at folk ikke kan lide vindmøller, sagde Mona, henviser til, hvordan i lande som Tyskland eller Holland ikke bliver bygget vindmøller på grund af lokal modstand.

"De er store, besværligt og har en visuel indvirkning. Og luftbåren risiko risikerer også en offentlig modreaktion, fordi de flyver over hovedet på mennesker. Så vi får brug for god historiefortælling, og vægt på sikkerhed, for at forhindre den samme reaktion, vi så mod vindmøller. "