Японские инженеры представляют изобретенные ими ветряные турбины, которые смогут противостоять самым страшным тайфунам в мире и вырабатывать электроэнергию даже в условиях стихийного бедствия. Особенно важным это становится для островных государств.
Энергетика и стихийные бедствия
Надежное электроснабжение является проблемой для многих островов, а тайфуны усугубляют ситуацию. После стихийного бедствия, когда электроэнергия больше всего нужна, ее труднее всего обеспечить. Но новый ответ могут дать инженеры из одного из подверженного бедствиям региона - Японии.
Стартап Challenergy из Токио спроектировал и построил ветряную турбину, специально предназначенную для работы в районах, подверженных тайфунам. По мнению Ацуши Симидзу, основателя и исполнительного директора Challenergy, идеальное место для этих надежных ветряных турбин - там, где электричества не хватает.
41-летний мужчина считает, что его стране необходимо отказаться от ядерной энергетики, и чувствует необходимость начать исследование альтернативных возобновляемых источников.
Исследование Ацуши Симидзу
Общее потребление энергии в Японии - одно из самых высоких в мире, но только 7,6 % приходится на возобновляемые источники энергии, а 87,4 % - на ископаемое топливо (последние имеющиеся результаты за 2017 год). Просматривая тексты о возобновляемых источниках энергии, Симидзу увидел, что Япония имеет прекрасные возможности для использования энергии ветра, однако в стране очень мало ветряных турбин - энергия ветра составляет лишь 1,5 % от общего объема производства энергии в Японии. Симидзу был озадачен.
По словам Йоко Кобаяши, руководителя проектов Japan Wind Development, одного из крупнейших в стране разработчиков ветроэнергетики, существует множество препятствий, которые замедлили внедрение ветроэнергетики в Японии. Один из них - тайфуны. В 2019 году тайфун "Хагибис" стал одним из самых сильных и крупнейших, обрушившихся на материковую Японию за последние десятилетия. С 9 по 13 октября 2019 года "Хагибис" оставил без электричества более 270000 домашних хозяйств и нанес Японии убытков на сумму более 15 миллиардов долларов.
Кюсю, южный и самый западный из пяти основных островов Японии, и особенно цепь островов Окинава, лежащая к югу от Кюсю, наиболее подвержены тайфунам. Кобаяши говорит, что ее компания пыталась построить ветряные электростанции на Кюсю, но обнаружила, что некоторые районы просто «слишком сильны», если говорить о скорости ветра и турбулентности.
Именно в таких условиях Симидзу надеется, что его конструкция не только выдержит высокие скорости ветра, но и задействует их силу. Он планирует сделать это с использованием принципиально отличной от обычных турбин конструкции. Большинство коммерческих ветряных турбин, как те, что используются в Северной Европе, работают вдоль горизонтальной оси с помощью лопастей, похожих на пропеллер. Но дизайн Симидзу основан на вертикальной оси с цилиндрами, и в его проекте используется физический феномен, известный как эффект Магнуса.
Эффект Магнуса
Эффект назван в честь немецкого физика Генриха Густава Магнуса, описавшего это явление в 1852 году. Лучший повседневный пример - это спорт с мячом. В футболе, бейсболе, теннисе и крикете игроки часто добавляют мячу дополнительное вращение. Например, когда теннисист ударяет по мячу, он также может коснуться ракеткой верха или низа при ударе, заставляя мяч вращаться, когда он летит по воздуху. Когда мяч вращается, он начинает отклоняться от траектории, по которой следовал бы, если бы не вращался. Это отклонение от обычной дуги является результатом эффекта Магнуса.
Турбина Challenergy
В ветряной турбине Challenergy используются двигатели, которые сначала вращают ее три цилиндра. Те в свою очередь создают эффект Магнуса, поскольку помещаются в воздушный поток (как шар, вращающийся в воздухе), и это вращает турбину. Турбина спроектирована так, что она будет работать, только если эти цилиндры вращаются и дует ветер. По данным Challenergy, когда для вращения двигателей требуется подводимая энергия, это составляет примерно 10 % от мощности, вырабатываемой турбиной.
Преимущества этой турбины с ее вертикальной осью и конструкцией, использующей эффект Магнуса, заключаются в том, что она может приспосабливаться к любому направлению ветра, а выработка электроэнергии может регулироваться в соответствии со скоростью ветра.
Действующие модели ветряных турбин Challenergy уже пережили свои первые тайфуны со значительной скоростью ветра.
Зоны применения
На многих объектах по всему миру, где работают турбины, всего несколько часов в год может дуть ветер со скоростью 25 метров в секунду и более. Для таких зон не имеет смысла создавать очень прочные турбины. Challenergy нацелена на применение там, где не работают современные ветряные конструкции.
Стоимость турбин Challenergy составляет 250 000 долларов, что делает их дорогостоящими. Небольшие стандартные винтовые ветряные турбины сопоставимой мощности обычно стоят десятки тысяч долларов. Большие коммерческие конструкции обойдутся более чем в 2 миллиона долларов, но, поскольку они вырабатывают мегаватты энергии, то, как правило, более экономичны в долгосрочной перспективе.
Кобаяши соглашается, что средняя скорость ветра для объекта очень важна для определения того, какая турбина имеет финансовый смысл. Для мест, где высокая скорость ветра наблюдается лишь изредка, турбины Challenergy были бы дорогостоящим случаем чрезмерной инженерии. Однако если ветряная турбина может вырабатывать электроэнергию дольше, когда другие уже не в состоянии работать из-за высокой скорости ветра или турбулентности, такая разработка может пригодиться.
