Vjetrogenerator španskog startapa Vortex Bladeless ne liči na turbine koje dominiraju pejzažima vjetroparkova. Nema rotor, lopatice ni visoku konstrukciju sa složenim mehaničkim sklopom. Umjesto toga, koristi vitki vertikalni stub koji se pod naletima vjetra njiše s jedne strane na drugu, pretvarajući vibracije u električnu energiju.
Neobičan izgled uređaja privukao je pažnju i podstakao tvrdnje da bi klasične lopatice uskoro mogle postati suvišne. Dostupni podaci, međutim, ne pokazuju da je pred nama zamjena za konvencionalne vjetroturbine.
Sama kompanija navodi da je tehnologija i dalje „u razvoju“. U okviru projekta koji je podržala Evropska unija opisan je model visok oko 2,7 metara, čija je ciljna snaga bila 100 vati. To ga, barem u dogledno vrijeme, prije svrstava među rješenja za malu, distribuiranu proizvodnju energije nego među tehnologije koje bi mogle potisnuti velike vjetroparkove.
Kako vjetar pokreće stub
Princip na kojem uređaj radi dobro je poznat inženjerima, iako se uglavnom posmatra kao problem koji treba držati pod kontrolom. Kada vazduh struji oko valjkastog tijela, iza njega se naizmjenično formiraju vrtlozi. Takav niz ponavljajućih vazdušnih strujanja poznat je kao von Kármánova vrtložna ulica. Promjene pritiska koje pritom nastaju mogu potiskivati fleksibilnu konstrukciju čas na jednu, čas na drugu stranu.
Na mostovima, tornjevima i drugim velikim građevinskim objektima ovakve oscilacije mogu izazvati zamor materijala i dugoročno ugroziti stabilnost konstrukcije. Zbog toga inženjeri obično nastoje da ih ublaže ili potpuno spriječe.
Vortex Bladeless pokušava da isti efekat iskoristi u svoju korist. Oblik stuba i njegova konstrukcija prilagođeni su tako da vazdušna struja podstiče kontrolisano njihanje. Pojava koja je decenijama poznata kao potencijalni inženjerski problem tako postaje izvor mehaničkog kretanja.
Uređaj ima nepomičnu osnovu i cilindrični stub, povezan sa elastičnom šipkom od ugljeničnih vlakana. Šipka omogućava stubu da se pomjera poprečno u odnosu na pravac vjetra, ali ga istovremeno drži vezanim za osnovu.
Posebno je važan trenutak kada se učestalost vazdušnih vrtloga približi prirodnoj frekvenciji konstrukcije. Tada se te dvije frekvencije mogu uskladiti, pa stub počinje snažnije da osciluje. Riječ je o rezonanci, pojavi koja omogućava da se iz relativno jednostavnog njihanja izvuče energija.
Bez lopatica ne znači bez kretanja
Naziv Vortex Bladeless mogao bi navesti na zaključak da uređaj nema pokretne djelove. To nije sasvim tačno. Lopatice i rotirajući rotor jesu uklonjeni, ali se čitav stub neprestano pomjera pod dejstvom vjetra.
Magneti i zavojnice smješteni unutar sistema pretvaraju energiju tog njihanja u električnu energiju putem elektromagnetne indukcije. Princip je sličan radu alternatora, samo što ovdje nema rotirajuće osovine ni mjenjačkog mehanizma. Kompanija koristi i magnetne sile kao svojevrsni „sistem za podešavanje“. Njegova uloga je da proširi raspon brzina vjetra pri kojima konstrukcija može ući u rezonancu i zadržati dovoljno snažno njihanje za proizvodnju struje.
Konvencionalne vjetroturbine decenijama dokazuju da mogu pouzdano proizvoditi velike količine električne energije. Njihovi rotori, ležajevi, upravljački sistemi i drugi djelovi, međutim, moraju godinama izdržavati ogromna opterećenja. Održavanje takvih sistema je složeno, naročito na udaljenim ili teško pristupačnim lokacijama.
Koncept Vortexa uklanja velike rotirajuće lopatice i pokušava da radi bez zupčanika, ulja i kočionog sistema. To bi male uređaje moglo učiniti jednostavnijim za transport i održavanje. Ali, uklanjanje jednog mehaničkog problema ne znači da su uklonjeni svi. Elastična šipka se pod dejstvom vjetra neprestano savija, zbog čega otpornost na zamor materijala postaje jedno od ključnih pitanja. Tehnički dokument same kompanije dugotrajno savijanje prepoznaje kao ozbiljan projektantski izazov i navodi da su u nekoliko oblasti potrebna temeljnija ispitivanja.
Brojevi vraćaju priču u realne okvire
Najbolji način da se procijeni stvarni domet ove tehnologije jeste poređenje sa turbinama koje već rade u elektroenergetskom sistemu.
U projektu Evropske unije cilj je bio da stub visok oko 2,7 metara dostigne snagu od 100 vati. Prosječna snaga novih velikih vjetroturbina postavljenih u Sjedinjenim Američkim Državama tokom 2023. godine iznosila je 3,4 megavata, odnosno 3,4 miliona vati.
Posmatrano samo prema nominalnoj snazi, bilo bi potrebno 34.000 uređaja od po 100 vati da bi se dostigla snaga jedne turbine od 3,4 megavata. Ni to poređenje ne govori sve. Stvarna proizvodnja električne energije zavisi od brzine vjetra, broja sati tokom kojih uređaj može raditi, gubitaka prilikom pretvaranja energije i kvaliteta lokacije na kojoj je postavljen.
Zbog toga se o stubu koji se njiše ne može ozbiljno govoriti kao o prikrivenoj zamjeni za vjetropark. Njegova vrijednost, ukoliko se potvrdi, vjerovatnije će biti u poslovima za koje velike turbine nikada nijesu ni bile predviđene.
Mala snaga ne znači nužno malu korist
Uređaj skromne snage može imati smisla ako je i potrošnja mala. Udaljeni senzori, sistemi za praćenje uslova u poljoprivredi, telekomunikaciona oprema, istraživačke stanice i različiti mjerni uređaji često ne zahtijevaju mnogo energije, ali moraju raditi na mjestima gdje nema električne mreže.
U takvim okolnostima i ograničena proizvodnja može biti korisna. Jedna od mogućih primjena je i punjenje baterija, naročito kada uređaj treba da održava rad sistema sa malom i relativno stabilnom potrošnjom.
Napajanje čitave kuće predstavlja sasvim drugačiji zadatak. Uređaj koji povremeno dopunjava bateriju senzora ne mora imati snagu potrebnu za grijanje, hlađenje, pripremu hrane i rad kućnih aparata. Tvrdnje da bi mali stub mogao značajno smanjiti račun za električnu energiju zato treba posmatrati u odnosu na njegovu stvarnu snagu, raspoloživost vjetra i profil potrošnje konkretnog domaćinstva.
Ekološku prednost tek treba izmjeriti
Energija vjetra ima važnu ulogu u smanjenju emisija gasova sa efektom staklene bašte. Ipak, rad vjetroturbina nije bez uticaja na životnu sredinu. Do sudara ptica i slijepih miševa sa turbinama može doći, naročito kada je riječ o osjetljivim vrstama i loše odabranim lokacijama.
Stub bez brzih rotirajućih lopatica mogao bi ukloniti jednu očiglednu opasnost od sudara. Jednostavniji mehanički sklop mogao bi proizvoditi i manje mehaničke buke, što dijelom objašnjava interesovanje za ovu tehnologiju među ljudima koji se bave zaštitom životne sredine. Ipak, ocjenu da je uređaj „bezbjedan za ptice“ ne bi trebalo prihvatati kao utvrđenu činjenicu. To je tvrdnja koju je potrebno provjeriti dugotrajnim praćenjem na terenu.
Tehnologija još nema dovoljno veliki broj uređaja koji su godinama radili na različitim lokacijama. Bez takvog iskustva nije moguće pouzdano procijeniti njen uticaj na divlje životinje, nivo buke, količinu i vrstu upotrijebljenih materijala, trajnost konstrukcije niti posljedice uklanjanja uređaja nakon završetka radnog vijeka.
Odsustvo lopatica jeste moguća ekološka prednost koju vrijedi proučiti, ali nije automatska potvrda da je tehnologija bez štetnih posljedica.
Presudiće godine rada, a ne izgled
Najvažniji naredni koraci za Vortex Bladeless nisu spektakularni i teško da će privući pažnju kao snimak stuba koji se njiše. Ipak, upravo od njih zavisi budućnost projekta.
Inženjeri moraju pokazati da uređaj može pouzdano proizvoditi struju u širokom rasponu brzina vjetra. Potrebno je dokazati da fleksibilna konstrukcija može izdržati godine neprekidnih ciklusa savijanja, završiti postupak sertifikacije i objaviti nezavisne podatke dobijene tokom rada na terenu. Na kraju, tehnologija mora pokazati da cijena svake jedinice proizvedene električne energije može biti konkurentna drugim dostupnim rješenjima.
Vortex Bladeless za sada ostaje zanimljiv i obećavajući eksperiment. Njegov princip rada ima jasnu inženjersku osnovu, a moguće primjene nisu beznačajne. Ipak, put od funkcionalnog prototipa do pouzdanog energetskog uređaja zahtijeva vrijeme, dugotrajna ispitivanja i podatke iz stvarnih uslova.
O budućnosti ove tehnologije neće odlučiti njen neobičan izgled, već količina energije koju može pouzdano proizvoditi nakon godina provedenih na vjetru.
J.M.
Naslovna fotografija: Vortex Bladeless
