空中風力タービン
Kiwee One：空中風力タービン

空中風力タービンは、タワーを必要とせず、空中にローターを支持された風力タービンの設計コンセプトです。[ 1 ]これにより、高高度での風速と持続性を高めながら、タワー建設費用[ 2 ]を回避し、スリップリングやヨー機構の必要性を回避できます。発電機は地上または空中に設置できます。課題としては、強風や嵐の中で地上数百メートルの高さにタービンを安全に吊り下げて維持すること、収集および／または発電した電力を地上に送電すること、そして航空との干渉を避けることなどが挙げられます。[ 3 ]

空中風力タービンは低高度でも高高度でも稼働可能で、高高度風力発電や横風凧発電を含む、より広範な空中風力エネルギーシステム (AWES) の一部です。発電機が地上にある場合、[ 4 ]係留航空機は発電機本体を運んだり導電性の係留索を取り付けたりする必要がありません。発電機が空中にある場合は、導電性の係留索を使用してエネルギーを地上に送信するか、空中で使用するか、マイクロ波やレーザーを使用して受信機に送信します。凧やヘリコプターは風が不十分な場合に降りてきます。凧や飛行船は他の欠点はあるもののこの問題を解決できる可能性があります。また、雷や雷雨などの悪天候によって機械の使用が一時的に停止する可能性があり、おそらく地上に戻してカバーする必要があるでしょう。いくつかの方式では長い電源ケーブルが必要で、タービンが十分に高い場合は立入禁止空域が必要です。2022年現在、定常稼働している商用の空中風力タービンはほとんどありません。[ 5 ]

空気力学的多様性

空気力学的空中風力発電システムは、風力を利用して発電します

高速モーション伝達を備えた横風カイトジェネレータ

ある種類の発電機では、凧のような空力構造物が地上に繋がれ、風力タービンを支えることで風力エネルギーを抽出します。別の種類の装置、例えば横風凧発電では、発電機は地上に設置され、1枚以上の翼または凧が繋がれたロープに力を加え、その力が電気エネルギーに変換されます。空中タービンでは、電力を地上に送るために、ロープまたはその他の装置に導体が必要です。ウインチを使用するシステムでは、発電機の重量を地上レベルに置くことができ、ロープは電気を伝導する必要がない。

凧式空中風力タービンの原理。画像提供：Kitesforfuture
凧式空中風力タービンの飛行経路（想定）。画像提供：Kitesforfuture

航空力学的風力エネルギーシステムは、少なくとも1980年以来、研究対象となってきました。[ 6 ]複数の提案がなされてきましたが、市販品はまだありません。[ 7 ] [ 8 ] 空中風力エネルギーシステムに関するその他のプロジェクトには、以下のものがあります。

エアロスタットの種類

エアロスタット型風力発電システムは、少なくとも部分的には浮力を利用して集風要素を支えています。エアロスタットは設計が異なり、揚力抗力比も異なります。エアロスタットの形状が揚力抗力比の高いカイト効果により、空中のタービンを効果的に空中に浮かせることができます。このようなカイト効果のある気球は、ドミナ・ジャルベールの「カイトーン」で 有名になりました

無風状態でもシステムを維持するためにバルーンを組み込むことは可能ですが、バルーンは徐々に空気が漏れるため、浮上ガスを補給し、場合によっては補修する必要があります。太陽熱で加熱された非常に大型のバルーンは、ヘリウムや水素の漏れの問題を解決できる可能性があります。

オンタリオ州に拠点を置くMagenn社[ 17 ]は、Magenn Air Rotor System（MARS）と呼ばれるタービンを開発していました。[ 18 ]将来的には、幅1,000フィート（300メートル）のMARSシステムを開発し、地上の変圧器に接続されたヘリウムガスで吊り下げられた装置に水平ローターを設置する予定です。Magenn社は、この技術は、非空中ソリューションと比較してより高く展開できるため、高トルク、低始動速度、そして優れた全体効率を実現できると主張しています。 [ 19 ]最初のプロトタイプは2008年4月にTCOM社によって製造されました。生産ユニットはまだ納入されていません。[ 20 ]

ボストンに拠点を置くアルタエロス・エナジーズは、ヘリウムを充填したバルーンシュラウドを用いて風力タービンを空中に打ち上げ、その電力をシュラウドの制御に使用されているのと同じケーブルを通して基地局に送電しています。 2012年には、スカイストリームの標準的な2.5kW、3.7mの風力タービンを搭載した35フィート（約10.3メートル）の試作機が飛行・試験されました。2013年秋、アルタエロスはアラスカで初の商業規模の実証実験に着手しました。[ 21 ] [ 22 ]

2023年に発表された別のコンセプトでは、ヘリウムガスを充填した気球に帆を取り付け、圧力を発生させて水平軸を中心にシステムを回転させるという構想が提案されている。運動エネルギーは、円運動するロープを介して地上の発電機に伝達される。[ 23 ]

参照

参考文献

  1. ^エリオット、デイブ (2014年4月12日). 「空想の飛行：空中風力タービン」物理学会環境研究ウェブサイト. 2014年4月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年4月17日閲覧。
  2. ^スペクター、マイケル（2013年5月20日）「風を受け継ぐもの」ニューヨーカー誌。
  3. ^レビタン、デイビッド (2012年9月24日). 「高高度風力エネルギー：大きな可能性と課題」 . Environment 360. 2016年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年6月19日閲覧。空中風力タービンを地上数百フィート、数千フィートの高さに安全に吊り下げるにはどうすればいいのでしょうか？強風の中でも、頻繁で費用のかかるメンテナンスをすることなく、長期間にわたってタービンを空中に浮かせ続けるにはどうすればいいのでしょうか？そして、航空交通への支障はどうでしょうか？
  4. ^「空中風力発電システム」www.energykitesystems.net。
  5. ^ジョーンズ、ニコラ（2022年3月9日）「世界で最も確実な風を求める凧」 BBC 。2022年4月2日閲覧。
  6. ^ M. Loyd,「クロスウィンドカイトパワー」 , J. Energy, vol. 4, no. 3, pp. 106–111, 1980
  7. ^ Jha, Alok (2008年8月3日). 「巨大凧が強風の力を利用する」 . The Guardian .
  8. ^ 「WPI Kite Power Wikiへようこそ」。2011年7月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年5月5日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: bot: 元のURLステータス不明（リンク）
  9. ^カナレ、マッシモ、ロレンツォ・ファジャーノ、マリオ・ミラネーゼ、マッシモ・イッポリト。KiteGenプロジェクト：風力発電機の飛躍的進歩を支える鍵となる制御技術、2007年アメリカ制御会議、pp. 3522-3528。IEEE、2007年。https ://doi.org/10.1109/ACC.2007.4282697
  10. ^ “Rotokite” (PDF) . 2016年10月26日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年2月12日閲覧。
  11. ^ pedro. 「FP7」 . www.omnidea.net . 2015年2月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月26日閲覧。
  12. ^ 「SkySails GmbH - Compelling Technology」www.skysails.info。2011年9月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年10月22日閲覧。
  13. ^ 「NTS X-Wind」 . www.x-wind.de .
  14. ^ストーン、ブラッド（2013年5月28日）「Googleの秘密研究所の内側」ブルームバーグ。 2018年4月3日閲覧。
  15. ^ 「メイン - Windswept and Interesting」 . www.windswept-and-interesting.co.uk .
  16. ^ “77 folkeinvestorer skalholde det svevende, Norske kraftverket i hismelen hele døgnet, hele året” [77人の一般投資家は、水上ノルウェーの発電所を24時間、一年中空に維持する予定である]。テクニスク・ウケブラッド。 2017 年 1 月 11 日。2017 年1 月 11 日に取得。
  17. ^ 「「Magennエアローターシステム」」。2012年3月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年7月9日閲覧
  18. ^ Kumar, Moses Dhilip (2013年7月18日). 「テクニカルワールド：MAGENN AIR ROTOR SYSTEM (MARS)」 .
  19. ^ 「Magenn Power Inc. コーポレートウェブサイト」 。 2008年12月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年12月14日閲覧。
  20. ^ Mazzella, Diana (2008年4月3日). 「TCOMで空中タービンをテスト、Magenn：MARSが風力発電を移動可能に」 The Daily Advance . 2010年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年11月23日閲覧。
  21. ^ McGonegal, Joe (2013年9月4日). 「2人の卒業生がテザード・エアロスタット風力発電所を夢見る」 . Slice of MIT. 2013年9月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年9月5日閲覧。
  22. ^カードウェル、ダイアン (2014年3月21日). 「風力産業の新技術が価格競争力を強化」ニューヨーク・タイムズ.
  23. ^ Michailidis, Giannis (2023-01-09), High-Altitude-Wind-Turbine-Concept、2023年2月22日閲覧

参考文献

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