Bu sitedeki bazı diller makine çevirisi olabilir ve hatalar içerebilir. İyileştirmesine yardım et İngilizce orijinali okuyun
Bir güç uçurumunun uzun mesafe gece fotoğrafı. İzleme ışığı sekiz adet döngü çizer ve bir yer istasyonunun üstünde uzun bir dönüş yayı çizer.
Yeşil Girişim · Enerji alternatifleri

Enerji uçurtmaları: havada rüzgar

Yüksek rüzgarlar daha güçlü ve sabitdir, ve bir uçurtma kuleye ihtiyaç duymaz. Google'dan Makani bu fikir üzerinde on üç yıl geçirdi ve öğrendiği her şeyi yayınladı. İşte fizik ne vaat ediyor, uçuş testleri gerçekten ne ölçüyor ve geri kalanını kanıtlamak için ne gerekecek.

Rschmehl / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Modern bir rüzgar türbinine bakın ve gördüğünüz şeylerin çoğu enerji üreten parça değildir. Kule, temel ve kılların iç yarısı oradadırlar. Hızlı hareket eden kıl uçlarını rüzgarda yukarıya doğru tutmak için. Bu uçlar rotorun dış kısmını saniyede 80 metre hızla süpürür ve bu da enerjinin çoğunun yakalandığı yerdir. Havada rüzgar enerjisi basit bir soru sorar: ya sadece hızlı hareket eden kısmı tutsaydık, onu bir ip üzerinde uçurursak ve rüzgarın daha güçlü olduğu yere tırmanmasına izin verirsek?

Yukarıdaki fotoğraf ışık içinde çizilmiş bir cevap. Kitepower uçağında bir izleme lambası gece boyunca tam bir döngü kaydetti: davuldan telleri çeken ve jeneratörü çeviren sıkı sekizgen şekilli döngüler, sonra uçurtma geri çekilirken uzun, sakin bir dönüş. Bu sayfa nasıl çalıştığını, neye ulaştığını ve neden yirmi yıllık ciddi çabalardan sonra hiçbir havada rüzgar sistemi henüz büyük ölçekte elektrik satmadığını açıklar. **Kısa versiyon: fizik sağlamdır ve malzeme tasarrufu gerçektir, ancak uçan bir makineyi güvenli tutmak ve yirmi yıl boyunca, her türlü hava koşullarında, kontrolsüzce çalışmak çözülmeyen sorundur. Hiç kimse bir ticari birimden bağımsız olarak ölçülen yıllık üretimi yayınlamadı. **

1.5'ten 2.8x'e400 m'de rüzgarın metrekare başına verdiği güç, 100 m'lik bir türbin merkezine kıyasla, alttaki yere bağlı olarak (güç-kanun tahmini)
196 kWMakani'nin 600 kW M600 uçurtması ile yapılan en iyi on dakikalık ortalama, 10 ila 13 m/s rüzgar hızında (Makani, 2020)
3,630'dan 696.M600'ün 22.7 saatlik uçuşunda net pozitif güç üreten yan rüzgar döngüleri
$0.027 to $0.073kWh: havadan gelen rüzgarın yenmesi gereken yeni karasal rüzgar çiftliklerinin maliyet aralığı (Lazard, 2024)

Nedir bu?

Havada çalışan bir rüzgar enerji sistemi üç parçadan oluşur: uçan bir kanat, onu tutan bir ip ve bir yer istasyonu. İki ana aile vardır.

  • Yer üretimi, “pamping” veya “yo-yo” uçurtma. Uçuşturucu, hızla rüzgarın tersine dönen ve telleri sertçe çeken döngüler uçar. İp, yerdeki bir davuldan yırtılır ve bu davul bir jeneratörü çalıştırır. İp yeterince uzun olduğunda, uçurtma çok az çektiği ve geri çekildiği bir pozisyona yönlendirilir, bu da üretilen enerjinin küçük bir kısmına mal olur. SkySails Power, Kitepower ve Kitemill bu prensibi yumuşak kumaş uçurtmaları veya sert planörlerle kullanırlar.
  • Gemideki jenerasyon, “uçan türbin”. Katı bir kanat küçük rotorlar taşır. Yüzey rüzgarında uçuşta rotorlar türbinler gibi davranır ve elektrik iletken bir tel boyunca akar. Kalkış ve iniş için aynı rotorlar pervaneler olarak çalışır ve kanat bir insansız hava aracı gibi uçuyor. Bu Makani’nin tasarımıydı.
İki yan yana çizim: solda bir ip üzerinde kanatlı uçak yerdeki jeneratörü çekiyor; sağda uçak kendi jeneratörlerini taşıyor ve elektrik enerjisi ipten aşağıya akıyor.
İki aile. Sol, yer üretimi: kanat tel çekiyor ve jeneratör yerde kalıyor. Evet, gemi üzerinde üretim: kanattaki rotorlar elektrik üretir ve bir iletken tel onu aşağıya taşır. Diagram: Antonello Cherubini, CC BY 4.0

Her iki durumda da, kanat türbinin blade ucunun işini yapıyor: rüzgarın üzerinde rüzgarın kendisinden çok daha hızlı hareket ediyor ve bu güç buradan geliyor.

Nasıl çalışıyor?

Rüzgardaki güç. Rüzgâr, karşısındaki her metre kareden enerji taşır ve bu enerji ½ ρ v³’a eşittir, burada ρ hava yoğunluğudur (yerde metreküp başına yaklaşık 1,2 kg) ve v rüzgar hızıdır. Küp önemlidir: rüzgar hızını ikiye katlayın ve güç sekiz katına çıkar. 7 m/s hızda bir metre kare yaklaşık 210 W taşımaktadır; 10 m/s’de ise yaklaşık 610 W.

Neden yükseklik yardımcı olur. Yerle yakın temas, toprak, ağaçlar ve binalarla sürtünme rüzgarı yavaşlatır. Bir ortak mühendislik kuralı hızın yükseklikle arttığını söyler v = v_ref × (h / h_ref)^α, burada üstel α açık deniz üzerinde yaklaşık 0.10, açık tarım arazileri üzerinde 0.14 ve ormanlar ve şehirler üzerinde 0.25 veya daha fazladır. 100 metrelik bir merkezde 7 m/s al. 400 m’de kural denize karşı 8.0 m/s, tarım arazilerine karşı 8.5 ve sert zemine karşı 9.9 verir, bu yüzden metrekare başına güç 1.5, 1.8 ve 2.8 kat daha yüksektir. Bu kural kabaca şöyle: birkaç yüz metre yukarıda rüzgar genellikle farklı davranıyor, geceleri düşük seviyelerde jetler ve gündüzleri daha sakin tabakalar oluşuyor. Yine de yön açık ve rüzgarın yüksekte daha sabit olması, hasat edilecek bir şeyin olmadığı saatlerin azalması anlamına da geliyor.

Gri gökyüzünde yüksekte duran kırmızı ve mavi bir yumuşak uçurtma, kanadın altındaki hatlara asılı küçük bir kontrol kutusu ile.
Asılı kontrol birimiyle 40 m²'lik bir Kitepower uçurtması, kanadın altındaki hatlardaki kutu. Fotoğraf: Rschmehl, CC BY-SA 4.0

Niye bir uçurtma bu kadar çok yakalayabilir. 1980 yılında mühendis Miles Loyd, rüzgara karşı uçan bir kanatlı kanadın ne kadar güç çıkarabileceğini hesapladı (Loyd, 1980). Sade bir dil ile: bir kanat, karşı rüzgarla uçarken rüzgar hızının üçte ikisine kadar bir hıza ulaşır. 10 m/s rüzgarda 5’lik bir kaldırma-çekme oranı ile, bu yaklaşık 33 m/s veya 120 km/h; Kitepower uçurtması için ortalama 110 km/h uçuş hızını vermektedir (Kitepower). Çünkü aerodinamik kuvvet bu hızın karesiyle büyür, kanat büyüklüğünden çok daha fazla çekim yapabilir. Loyd’un maksimumu

P = (4/27) × ½ ρ v³ × A × C_L × (C_L / C_D)²

Burada A kanat alanı, C_L kaldırma katsayısı ve C_L / C_D kaldırma-sürüş oranı. Rüzgar gücünden sonraki faktör, (4/27) × C_L × (C_L/C_D)², kanadın kendi alanının her metre karesi için etkili olarak kaç metrekare rüzgarın süpürdüğünü söyler. 1’lik bir kaldırma katsayısı ve 5’lik bir kaldırma-sürüş oranı olan yumuşak bir uçurtma için bu yaklaşık olarak 3,7’dir. Sistemin kaldırma-sürüş oranı 9’a yakın olan bir sert kanat için, tether’ın sürüşünü de içeren, 10 ile 17 arasında olabilir. Bir yer jeneratörünün bu optimuma ulaştığı zaman, tel rüzgar hızının üçte birinde döndürülür.

Loyd’ın kayıpları dışarı bırakır. Gerçek uçurtmalar yer istasyonunun rüzgarının doğrudan aşağısında uçuyor değil, bir yükselme açısıyla uçuyorlar, genellikle 25 ila 35 °. Sadece rüzgarın ip boyunca olan kısmı onu çeker ve güç o açıdaki kosinüsün küpü ile düşer: 30 ° ‘da sadece %65 kalır. İp, uzunluğu arttıkça büyüyen bir direnç ekler. Pompa uçurtması her döngüden bir kısmını harcar; Kitepower’ın sistemi 100 saniyelik bir döngüde yaklaşık %80’ini harcayarak 130 kW’a kadar üretir ve %20’sini çekerek yaklaşık 20 kW’ı uçağı geri çekmek için (Kitepower). Sonra geleneksel jeneratör, vites kutusu ve dönüştürücü kayıpları ve kanadı hafif rüzgarda uçurmak için harcanan güç.

Neden tether tüm hikayedir. Bir türbinin kulesi, rotörün tam itici gücüne dayanamaz, çünkü temelinde bir eğimli moment vardır, bu yüzden kuleler ve temeller büyüktür. Bir tel sadece gerginlik taşır ve ultra yüksek moleküler ağırlık polietilen gibi lifler, ağırlıkları için olağanüstü derecede güçlü bir gerginliğe sahiptir. Bu, birçok şirket tarafından tekrarlanan iddianın kaynağıdır, havada bulunan sistemler aynı derecedeki bir türbine göre %90 daha az malzeme kullanır. Makinenin kendisi için makuldür; henüz aralıklar, yer istasyonu ve ağ bağlantısı için temeller dahil olmak üzere tüm bir enerji santrali için gösterilmedi.

Sınırlar: teorik ve pratik

Teorik olarak. Loyd’un formülleri tek bir ideal kanat için bir tavandır. Bir türbin gibi, bir uçurtma topladığı rüzgarı yavaşlatır ve yakından uçan uçurtmalar birbirlerinden enerji alıyorlar. Bu yüzden çiftlik alanına ihtiyacı var. Ayrıca gezegensel bir sınır da vardır. 10 km yükseklikte bulunan jet akımları onlara ½ ρ v³ uygularsanız büyük bir kaynak gibi görünür, ancak atmosfer bu hareketi yavaşça yeniler: Dünya-sistem analizi jet akıntılarından maksimum sürdürülebilir çıkartmayı yaklaşık 7.5 TW’ye getirir, önceki tahminlerden yaklaşık 200 kat daha azdır, eğer hiç yaklaşılmış olsaydı büyük iklim yan etkileri ile (Miller, Gans ve Kleidon, 2011). Bugün kimse 10 km’de uçmayı önermiyor; pratik sistemler 200 ila 700 m’yi hedefliyor. 500 ila 12.000 m arasındaki küresel yüksek rakım kaynakları, Archer ve Caldeira (2009) tarafından 28 yıllık hava verilerinden haritalandırıldı.

Pratik. Projeleri aslında durduran sınırlar formülde yok:

  • Kalkış ve iniş. Bir türbin asla kalkmaz. Bir uçurtma hafif bir rüzgarda uçar, fırtına esnasında iner ve her ikisini de yılda binlerce kez zarar görmeden yapabilir. Makani, uçuşta dört uçak parçası kaybetti, bunların üçü havada iken, üretirken değil (Makani, 2020).
  • Her havada kontrol. Çığ, kar yağışı, buzlanma, yıldırım ve ani sakinleşmeler kendiliğinden bir tepki gerektirir. Bir ip kırılması, uçurtmayı ya da ağır bir ipi tehlikeli bir yere koymamalıdır.
  • Hava ve kara. 800 m’lik bir tel üzerinde 400 metrede uçan bir uçurtma büyük bir alanı süpürür. Havacılık yetkilileri bunu kabul etmeli ve uçuşlar için ayrılan alanın insan ve yollardan temiz tutulması gerekiyor.
  • Giy. Kumaş uçurtmalar güneş ışığında bozulur, davul ve rulmanlardaki ipler yıpranır ve bir sistem yirmi beş ila otuz yıl için tasarlanmış türbinlerle rekabet etmek için yirmi yıl hayatta kalabilmelidir.
  • Boyut. Loyd’ın gücü kanat alanıyla ölçer ve büyük bir kanat başlatmak ve inmek zordur. Makani’nin M600 26 m kanadı vardı (X); SkySails’in en büyük ilan edilen uçurtması 450 kW birimi için 450 m²’dir. Havada çalışan 5 MW’lık bir sistem, modern kara türbinlerinin büyüklüğünde, hala bir çizim.
A SkySails Power ground station at Klixbüll: a white container with a high lattice launch mast; far away on its tether a red and white kite flies in a gray sky over green fields.
Prototype SKS PN-14 at Klixbüll, northern Germany, in November 2021. Dizi başlar ve uçurtmayı yakalar; vinç ve jeneratör konteyner içinde oturur. Fotoğraf: Michael32710, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Gerçek projeler, ölçülmüş

Araştırma alanının sonuçları cömert ve uzun vadeli veriler ise kısıtlı. İşte kontrol edilebilecek şeyler.

ProjeTasarımNeye ulaşıldı?Ne oldu?
Makani M600 (ABD, Google X, 2006’dan 2020’ye kadar)600 kW sert kanat, 8 rotor, 440 m iletken tel28.9 saat özerk uçuş, 22.7 saat karşı rüzgar; en iyi döngü 290 kW, en iyi on dakika ortalaması 196 kW 10 ile 13 m / s rüzgarda; Norveç’te bir yüzen platformdan ilk açık deniz uçuşu, Ağustos 2019Şubat 2020’de kapatıldı: “ticarileştirmeye giden yol umut edilenden daha uzun ve riskli.” takımın kendi kararı: M600 uçak gövdesi “temel olarak 11 m / s hızda 600 kW üretmekten acizdir”. raporlar, kod ve uçuş günlüğü Eylül 2020’de yayınlanmıştır.
SkySails Power (Almanya)Yer vinç üzerinde 180 m²’ye kadar yumuşak uçurtmalar; 200 kW’a kadar döngü gücüne sahip (PN-14, şimdi Venyo olarak satılmaktadır)Klixbüll’de 2019 yılından beri 120 m²’ye kadar olan uçurtmalarla çalışan prototip, herhangi bir hava taşıtının en uzun kaydı; Ocak 2023’ten itibaren Mauritius’ta 800 m maksimum tel üzerinde 200 ila 400 m uçan 120 m²’lik bir uçurtma; Tayvan’da ilk uçuş 1 Temmuz 2025’teSatış birimleri; şirket, iyi yerlerde birim başına yılda 760 MWh’a kadar teklif veriyor, üretici rakamı, bağımsız bir ölçüm değil. 450 kW model (KYO) duyuruldu ve ilk teslimatların 2028’in ikinci yarısında beklendiği bildirildi
Kitepower (Hollanda, TU Delft’ten)100 m² yumuşak uçurtma, 350 m iplik, 6 metrelik bir konteynerdeki yer jeneratörü130 kW’a kadar dönerken, her bir döngüde yaklaşık 100 s; Hollanda’daki bir inşaat sitesinde pilotlar, İrlanda’da Bellacorick’te RWE ile ve Aruba’daMobil, geçici sıfır emisyonlu güç olarak pazarlanır, örneğin dizel jeneratörlerin yerini alması için.
Kitemill (Norveç)Yer vinç üzerinde sert planör uçaklarıVanse, Lista’daki test sahası, 350 metrenin üzerinde uçuyorGeliştirme devam ediyor; kamuya açık uzun vadeli üretim verileri yok
Ampyx Power (Hollanda, 2008-2022)Yer vinç üzerinde sert özerk planör; 2012’de ilk tamamen özerk güç üretimiAP-3’e kadar geliştirilen prototipler19 Nisan 2022 tarihinde ödemelerin askıya alınması, planlanan bir finansman turunun gerçekleşmemesi sonrasında 4 Mayıs 2022 tarihinde iflas ilan edildi.

Kaynaklar: Makani, The Energy Kite, 2020; X, Makani; SkySails Power; Kitepower; Kitemill; Ampyx Power.

Karton üzerine oturtulmuş turuncu ve mavi şeritli beyaz bir sert planör, arkasında bilgisayarlar ve ekipman kutuları ile aydınlık bir atölyede duruyor.
AP2, Ampyx Power tarafından inşa edilen sert bir planör uçağı, 2016 yılında şirketin atölyesinde. Fotoğraf: Ampyx Power, CC BY-SA 4.0

Bu tablodaki iki gerçek dikkati çeker. İlk olarak, Makani’nin en iyi on dakikalık ortalaması nominal gücünün üçte biriydi ve sadece beş döngüden bir tanesi net enerji üretmişti, diğerlerinin çoğu test manevraları, hafif rüzgarlar ve havada uçuyordu. İkinci olarak, günümüzde en olgun sistemler 100 ila 200 kW’lık yer üretimi yumuşak uçurtmalardır, tipik bir kara türbininden on kat daha küçüktür ve bir türbinin inşasının zor olduğu yerlere satılmaktadır: adalar, uzak alanlar, geçici güç. Uçuş testlerinin yirmi yılını kapsayan bir inceleme aynı dengeli görüşe ulaşır: kontrol çarpıcı ilerleme kaydetmiştir ve uzun süreli, tamamen özerk operasyon sınır olarak kalmaktadır (Vermillion et al., 2021).

Ne kadara mal oluyor?

Havada rüzgar enerjisi için henüz piyasa fiyatı yok, sadece tahminler var. Bu yüzden buradaki her rakamla dikkatli olun.

SeçeneklerKilowatt saat başına maliyetNumaranın durumu
Yeni karaya kurulu rüzgar santrali, sübvansiyonsuz$0.027 to $0.073Piyasa verileri, Lazard LCOE+ 2024
Yeni açık deniz rüzgar çiftliği$0.074 to $0.139Pazar verileri, Lazard 2024
Gaz tepe noktası santrali$0.110 to $0.228Pazar verileri, Lazard 2024
Binanın çatısında güneş enerjisi, bizim referansımız0.19 dolarlık merkezFan Duvar modelimiz; ticari çatıda $0.09 to $0.20 in Lazard, 2026
SkySails KYO 450 kW, hedef10 sentin altındaÜretici hedefi, henüz teslim edilmedi
M600 Makineli tüfekyayınlanmadıEkip, böyle bir sistemin geleneksel türbinlerle rekabet edebilecek bir LCOE’ye ulaşıp ulaşmadığının “açık” olduğunu yazdı.

Makani’nin raporu, her havada rüzgarın yükselmesinin cevaplanması gerektiğini belirtiyor. Karadaki bir rüzgar çiftliği için, türbinin kendisi enerji maliyetinin yarısından daha azını oluşturuyor; yollar, temeller, kablolar, şebeke bağlantısı, kurulum, işletim ve finansman geri kalanını oluşturuyor. Deniz dışı, bu “sistem denge” maliyetleri toplamın yaklaşık %52’sidir (Makani, 2020). Bu yüzden kule çeliklerinin %90’ını tasarruf etmek elektriğin fiyatını %90 oranında düşürmez. $0.03 to $ 0.07’de kara rüzgarını yenmek için, bir uçurtma aynı zamanda türbinin yüksek ulaşılabilirliği, 25 yıllık tasarım ömrü ve düşük bakımıyla eşleşmeli. Binalar için belirlediğimiz kWh başına 0,19 dolarlık referans değerine göre bu rakam daha düşük, fakat uçan kuşlar binalara sığmıyor: yüzlerce metre açık kara veya deniz gerektiriyorlar.

Yanı açık bir mavi konteyner, çimli bir arazide duran ve telle sarılmış büyük gümüş bir davul gösteriyor.
Kitepower'ın 100 kW yer istasyonu. Uçan kuş çektiği zaman, iplik büyük davuldan ayrılır ve jeneratör döner. Fotoğraf: Rschmehl, CC BY-SA 4.0

Kazanabileceği ve kazanamayacağının yeri.

Kazanabilir:

  • Uzak ve ada şebekeleri, ithal dizelle çalışırlar, çoğu zaman ana elektriğin birkaç katına, türbinlerin taşınması ve inşası zor ve konteynerleştirilmiş bir yer istasyonu kolaydır.
  • Geçici güç: inşaat alanları, afet kurtarma, askeri ve araştırma kampları, bir türbinin birkaç ay boyunca inşa edilemeyeceği yerler.
  • Derin sulardaUzun vadede, hafif yüzen bir yer istasyonu yüzen bir türbinden çok daha az maliyetli olabilir. Bu Makani ve Shell’in Norveç’te test ettiği ödüldür, ve hala kanıtlanmamış.
  • Yüksekte güçlü rüzgarlar, ancak merkez yüksekliğinde zayıf rüzgarlar olan yerler, örneğin uçurtmanın yüksekliğinin en önemli olduğu sert araziler üzerinde.

Kazanamaz:

  • Şehirlerde ya da binalarda. Uçuş zarfının genişliği yüzlerce metre.
  • İyi yerlerde kıyı rüzgarına karşıBugün. Türbinler olgun, bankacılık için uygun ve ucuz; yeni bir teknoloji kredi verenler tarafından aynı şekilde muamele görmeden önce yirmi yıllık güvenilirliğini kanıtlamalı.
  • Havaalanları ve yoğun hava sahası yakınında, ya da uçuş yolunun altındaki arazinin temiz tutulamadığı yerlerde.
Kırmızı ve mavi öne çıkan uçuş çizgili şişirilebilir uçak kuşu, açık mavi gökyüzünde uzun ince bir ip üzerinde yüksekte uçar.
A 40 m² Kitepower kite in flight over the former naval airbase at Valkenburg, near Leiden, in Holland. Fotoğraf: Rschmehl, CC BY-SA 4.0

Kanıtlanmış, muhtemel ve spekülatif olan nedir?

Kabul edilmiş: bir çok uçuş testinde doğrulanan, karşı rüzgar uçuşu (Loyd, 1980) güç yasası; bağlayıcı kanatların saatlerce pompalama döngüsü ve gemi rotorları ile bağımsız olarak elektrik üretebileceğini; M600’ün en iyi on dakikalık ortalama 196 kW ürettiğini; 100 ila 200 kW arasındaki yer üretimli yumuşak uçurtmaların konteyner boyutunda bir istasyondan başlatılabileceğini, uçabileceğini ve ineceğini; rüzgar hızlarının ve güç yoğunluklarının ortalama yükseklikle arttığını.

Makul: birkaç yüz kilowattlık yer üretim sistemleri uzak yerlerde yüksek bir kullanıma ulaşabilir; kW başına malzeme kullanımı türbinlerden çok daha düşüktür; açık denizdeki yüzen uçurtmalar çok daha hafif platformlara ihtiyaç duyarlar; havada bulunan sistemler aynı yerdeki bir türbine göre yılda daha fazla saat kullanışlı üretim sağlar çünkü daha sabit rüzgarlara ulaşır.

Spekülatif: kWh başına karaya göre rüzgarla rekabetçi bir maliyet; megawatt ölçekli uçan kuşlar; birbirleriyle etkileşime giremeden yakından uçacak çok sayıda uçan kuşun çiftlikleri; uçan kuşlar, teller ve davullar için yirmi yıllık yaşam süreleri; tünellerdekilerle karşılaştırılabilen sigorta ve sertifikasyon çerçeveleri.

Açık araştırma soruları

  • Ne kadar güvenilir olabilir? tamamen özerk iniş ve kalkış - Ne oldu?
  • Ne oldu? gerçek yıllık enerji üretimi Bilinen bir yerdeki bir birimin, tam bir yıl boyunca bağımsız olarak ölçülmüş ve yanındaki türbinle nasıl karşılaştırıldığını?
  • Ne kadar süre boyunca tethers ve dokuma uçurtmalar döngüsel yükleme ve morötesi ışık altında devam eder, ve hatadan önce nasıl kullanılır?
  • Uçan kuşlar ne kadar yakın olabilir? Çiftlikte bir araya geldiler., ve birbirlerinin peşinden ne kadar kaybediyorlar?
  • Ne? Hava sahası kuralları Uçan uçaklar için nasıl bir mantık var ve uçurtmalar nasıl aydınlatılır ve uçaklar tarafından tespit edilir?
  • Uçan kuşlar ne yaparlar? Kuşlar ve yarasalar? Neredeyse hiçbir saha veri yoktur ve cevap yavaş yumuşak uçurtmalar ve hızlı sert kanatlar için farklı olabilir.
    • Evet. Denizaltı yüzen yer istasyonları Fırtınalardan yüzen türbinleri yenecek bir maliyetle nasıl kurtuluruz?

![Üstten görülen rüzgar hızının simülasyon haritası, beş sırada 25 uçurtma simgesi ve onların aşağısındaki rüzgarın koyu, yavaş çizgileri.](../../../assets/initiatives/awe-farm-wake-les.jpg “Bilgisayar simülasyonundaki bir çiftlik, kilometrekare başına 10 MW’da, beş sırada 25 uçurtma. Koyu renkler yavaş rüzgardır: her sıra bir sonraki için daha yavaş hava bırakır. Bu çalışmanın yer-genişleme çiftliğinde son sıra %17’ye kadar gücünü kaybetti ve tüm çiftlik ideal üretiminin %82,5’ini yaptı. Resmî site ^ “Haas et al. (2022), Wind Energy Science, CC BY 4.0”)

Çalışan bir prototipin neye ihtiyacı olur?

Küçük bir ekip için iyi haber, pompalı uçurtmanın mütevazi bir ölçekte test edilebileceğidir ve fizik kanatlı alanla tahmin edilebilir bir şekilde ölçer.

FazİşBu karar,Tahmini maliyetZaman
0. Desk studyHedef site için Loyd ve döngü modeli, açık araçlar ve Makani’nin yayınladığı kodu kullanarak; bir lidar kampanyasından veya yeniden analizden 100 ila 500 m rüzgar verileriSitenin rüzgarı buna değer mi?$10k to $30k2-3 ay.
1. Force testYük hücreli bir tel ve vinç üzerinde 10 ila 20 m²’lik bir uçurtma, önce el ile sonra da otomatik pilotla uçuruldu.Loyd’a karşı ölçülen bağlama gücü ve güç eğrisi$30k to $80k6 ay.
2. Çalışan model10 ila 30 kW’lık bir yer istasyonu: davul, motor-jeneratör, güç elektronikleri, otopilot; her döngü için enerji girişi ve çıkışını kaydeder.Günlük net ölçülen kWh ve pilotsuz otomatik döngüler$150k to $400k12 ay.
3. PilotUzak veya geçici bir yerde 100 kW sınıfı bir ünite, tam bir yıl boyunca ölçülen üretim ve mevcutluk, vahşi yaşam izlemesiyleGerçek yıllık verim, kWh başına maliyet, bakım$1M to $3M18 ila 24 ay

Bu sayfa için bir işleyici model, 2. fazda: tüm pompalama döngülerini çalıştıran ve her döngü kaydedilmiş olan batarya veya şebekeye ölçülen net enerjiyi koyan bir yer istasyonu demektir. Bir ip üzerinde sıkıca çeken bir uçurtma henüz bir elektrik santrali değildir.

Kime ihtiyacımız var?

  • Uçuş kontrol mühendisleri Özerk insansız hava araçları veya uçurtma deneyimiyle: kalkış, iniş ve hata yönetimi işlerin çoğudur.
  • Aerodynamicists uçurtma ve kanat tasarımı için, tether drag ve esnek yapılar dahil.
  • Güç elektronikleri ve sürüş mühendisleri vinç motor-jeneratör, enerji depolama için reel-in faz ve ağ bağlantısı.
  • Malzeme mühendisleri İpler, kumaşlar ve yorgunluk testleri için.
  • Meteoroloji 50 ila 600 metre arasında rüzgarı ölçmek için lidar deneyimiyle.
  • Havacılık düzenleme uzmanları Uçuş izinleri ve hava sahası rezervasyonlarını sağlamak için.
  • Ekolojistler kuş ve yarasa izleme sistemleri tasarlamak için.
  • Bir ev sahibi sitesi: bir ada, uzak bir topluluk, bir madencilik ya da açık arazi ve destekleyici komşuları olan büyük bir çiftlik.

Daha iyi bir fikrin var mı?

Vakfın bazı üyelerinin güçlü bir enerji fikri için bir teklif duyabilecek kişilerle temasları olabilir. Bir fikrin ortaya konması için, gerçek hayatta çalışan, aslında güç üreten bir model, çıkartmalarının bir alet üzerinde ölçülmesi, iddia edilmemiş. Bir enerji uçurumu için bu, kendi başına pompalama döngülerini tamamlayan ve sağladığı net enerjiyi kaydeden bir yer istasyonu demektir. Kağıt üzerindeki fikirler de memnuniyetle karşılanıyor: fizik ve sayılar sağlam ise, onları burada web sitemizde yayınlayabiliriz. Fakat işleyen bir model olmadan sermaye toplamak çok zor ve burada hiçbir şey finansman, kazanç veya tanıtım sözü vermez.

Fikirinizi, ya da uçuş verilerinizi katkı formu aracılığıyla gönderin: çözülen sorun, fizik kontrolü, ölçülmüş veya tahmin edilen çıkış, kWh başına kaba bir maliyet ve yanlış olduğunu kanıtlayabilecek en ucuz test. Diğer yönler için, enerji alternatifleri karşılaştırıldı ve kendi açık Fan Duvar araştırması’na bakınız.

Kaynaklar

  1. (İngilizce) ^ Loyd, M.L. (1980). Crosswind kite power (büyük ölçekli rüzgar enerjisi üretimi için). Türk Tarihi Dergisi, 4(3), 106-111..
  2. Makani Technologies (Eylül 2020). The Energy Kite, Part I: uçuş test istatistikleri, M600 performans eksikliği, FCW-01 açık deniz uçuşu ve enerji maliyeti analizi. Örneğin, II ve III parçaları.
  3. X, Ay’a fırlatma fabrikası. Makine: M600, Energy Kite Collection ve 2020’de kapatılması.
  4. (İngilizce) ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z (2021). Havadaki elektrik: iki on yıllık gelişmiş kontrol araştırması ve havada bulunan rüzgar enerji sistemlerinin deneysel uçuş testlerinden incelikler. Annual Reviews in Control 52, 330-357.
  5. (İngilizce) ^ Cherubini, A., Papini, A., Vertechy, R. and Fontana, M. (2015). Airborne wind energy systems: a review of the technologies (İngilizce). Yenilenebilir ve Sürdürülebilir Enerji İncelemeleri 51, 1461-1476.
  6. Archer, C.L. ve Caldeira, K. (2009). Yüksek rüzgar gücü için küresel değerlendirme. 2 (2), s. 307-319..
  7. Miller, L.M., Gans, F. ve Kleidon, A. (2011). Jet stream rüzgar gücü yenilenebilir enerji kaynağı olarak: az güç, büyük etkiler. Dünya Sistemi Dinamiği 2, 201-212.
  8. SkySails Power. News, SkyPower100 at Klixbüll (2022), Mauritius (2023) ve Taiwan (2025) dahil; Venyo (PN-14) verileri.
  9. Uçurtma gücü. Technology and Falcon system data (İngilizce).
  10. Ampyx gücü: Şirketin tarihi ve iflas, 2022.
  11. Lazard (Haziran 2024). Levelized Cost of Energy+, sürüm 17: kıyı rüzgarı $27 to $MWh başına 73, açık deniz rüzgarı $74 to $139, gaz zirvesi $110 to $228. Haziran 2026 sayısında, referans olarak kullanılan ticari çatıdaki güneş enerjisi alanı verilmiştir.
  12. The Local Solar System Foundation (İngilizce). The Fan Wall: open wind research, kWh başına 0.19 $‘lık çatıdaki güneş referansı için.
  13. Haas, T., De Schutter, J., Diehl, M. ve Meyers, J. (2022). Havada rüzgar enerjisi çiftliklerinin büyük döngü simülasyonu. Wind Energy Science 7, 1093-1135.