Vortex Bladeless: een windturbine die geen turbine is (video)

Het Spaanse bedrijf Vortex Bladeless heeft een windmolen ontworpen zonder wieken of versnellingen. Het gaat om een door wervelingen veroorzaakte trillingsresonante windgenerator.

In wezen bestaat de technologie uit een cilinder die verticaal is bevestigd met een elastische staaf. De cilinder oscilleert op de wind en wekt daarmee elektriciteit op via een dynamo. De generatoren lijken qua functies en kosteneffectiviteit volgens Vortex in de loop van de tijd meer op zonnepanelen dan op reguliere windturbines.

De buitenste cilinder is stijf en kan trillen, terwijl hij verankerd blijft aan de onderste stang. De bovenkant van de cilinder beweegt vrij en heeft de maximale amplitude van de oscillatie. De structuur is gebouwd met harsen versterkt met koolstof of glasvezel, materialen die worden gebruikt in conventionele windturbinebladen.

De bovenkant van het binnenwerk ondersteunt de mast en de onderkant is stevig verankerd in de grond. Hij is gemaakt van met koolstofvezel versterkt polymeer, dat volgens de ontwerpers een grote weerstand biedt tegen materiaalmoeheid en dat een minimaal energielek heeft tijdens het oscilleren.

In plaats van de gebruikelijke toren, gondel en wieken, heeft dit  apparaat alleen een mast gemaakt van lichtgewicht materialen over een basis. Dit vermindert het gebruik van grondstoffen en de behoefte aan een diepere fundering.

Van vortex naar elektriciteit

Vortex Bladeless: een windturbine die geen turbine is (video)In de vloeistofmechanica, als de wind door een stomp lichaam gaat, wordt de stroming gewijzigd en wordt een cyclisch patroon van wervelingen gegenereerd. Zodra de frequentie van deze krachten dicht genoeg bij de structurele frequentie van het lichaam ligt, begint het lichaam te oscilleren en gaat het in resonantie met de wind. Dit wordt ook wel Vortex-geïnduceerde vibratie (VIV) genoemd.

Dit VIV-fenomeen wordt algemeen vermeden in de bouwtechniek, luchtvaart en architectuur. de turbines van Vortex maximaliseren deze aerodynamische instabiliteit en windturbulenties juist en vangen de energie op.

De mastgeometrie is ontworpen om maximale prestaties te behalen bij gemiddeld waargenomen windsnelheden. Hij kan zich zeer snel aanpassen aan veranderingen in de windrichting en turbulente luchtstromen die vaak worden waargenomen in stedelijke omgevingen.

Reguliere turbines moeten ver uit elkaar worden geplaatst vanwege de verstoring van de benedenstroomse windstroom. Dit geldt niet voor de bladloze windturbines. ‘Elke beperking die verband houdt met het ‘zog-effect’ wordt vermeden’, aldus Vortex. ‘Verder verwachten we dat Vortex-apparaten beter samenwerken en elkaar feedback geven als ze de juiste vrije ruimte om zich heen hebben, die wordt geschat op de helft van de totale hoogte van het apparaat. Voor reguliere windturbines is deze vrije ruimte meestal vijf keer de totale hoogte van het apparaat.’

Vortex Bladeless: een windturbine die geen turbine is (video)De dynamo

Momenteel wekt Vortex elektriciteit op via een dynamosysteem met spoelen en magneten, aangepast aan de dynamiek van de vortex, zonder tandwielen, assen of roterende onderdelen. Het gepatenteerde ontwerp zorgt volgens het bedrijf voor minder onderhoud en maakt smeren overbodig.

A. Het vaste deel van de stator
B. Het mobiele gedeelte van de dynamo
C. Stator’s ondersteuning

Frequentie-afstemming

De frequentie van de uitslag is evenredig met de snelheid van de windstroom, maar elke constructie heeft zijn eigen natuurlijke trillingsfrequentie. Om windfrequenties af te stemmen op de natuurlijke frequentie van een apparaat, moet je onder andere de lichaamsmassa (hoe meer massa, hoe minder natuurlijke frequentie) en de stijfheid (hoe meer stijfheid, hogere frequenties) aanpassen. Daarom heb je complexe mechanismen nodig om de natuurlijke frequentie van het apparaat te variëren.

Om dit te voorkomen, gebruikt het Vortex-ontwerp een magnetisch opsluitingssysteem met permanente magneten die de schijnbare stijfheid van het systeem vergroten op basis van hun mate van buiging. De mate van buiging neemt toe zolang de wind intenser wordt. Dit noemen ze het tuning systeem.

Met dit gepatenteerde zelfsynchronisatiesysteem kan de Vortex zich aanpassen aan de windsnelheid, met een inschakelpunt in ongeveer 3 m/s (startsnelheid). Het kan automatisch de stijfheid variëren en ‘synchroniseren’ met de inkomende windsnelheid, om in resonantie te blijven zonder mechanische of handmatige interferentie.