Větrné turbíny bez lopatek (BWT; Bladeless Wind Turbine) představují slibnou inovaci v oblasti zelené energie. Na rozdíl od tradičních větrných elektráren, které spoléhají na rotující listy, BWT využívají princip označovaný jako vírově indukovaná vibrace (VIV; vortex-induced vibration).
Bezlopatkové turbíny jsou tišší, zabírají výrazně méně místa a díky jednodušší konstrukci vyžadují méně údržby. Jejich vývoj je sice stále v počáteční fázi, ale simulace provedené v rámci nové studie naznačují, že by mohly bezpečně generovat až 460 wattů výkonu.
Houpou se jako lampy ve větru
Princip fungování větrné turbíny bez lopatek se zásadně liší od konvenčních turbín. Namísto přeměny kinetické energie větru na rotační pohyb lopatek, který pak pohání generátor, jsou BWT vysoké, štíhlé, válcové stožáry, které se houpou ve větru podobně jako pouliční lampy v průvanu. Pohyb větru vytváří víry, které následně rozkmitají celou konstrukci.
Bezlopatková větrná turbína v proudění vzduchu: model a síly
Když se houpavý pohyb dokonale shoduje s přirozenou frekvencí vibrací konstrukce, kmitání se dramaticky zesílí. To je pak přímo přeměněno na elektřinu. Inženýři z University of Glasgow provedli počítačové simulace tisíců návrhů BWT při rychlostech větru 32 až 113 km/h. Cílem bylo určit, jak má vypadat optimální konstrukce, která přinese maximum výkonu při zachování bezpečnosti a životnosti.
Ukázalo se, že největší výkon ještě neznamená nejvyšší efektivitu a že konstrukce maximalizující výstupní výkon by v praxi rychle selhala kvůli přetížení materiálu. Ideální je tedy hledat kompromis mezi výkonem a strukturální pevností.
Průměr stožáru 0,65 m, délka 0,8 m
Simulace nakonec ukázaly nejvhodnější design: ideální je stožár o výšce 80 centimetrů a průměru 65 centimetrů. To je optimální rovnováha výkonu a robustnosti, která může bezpečně dodávat pozoruhodných 460 wattů energie, což výrazně překonává současné reálné prototypy, které dosahují maximálně kolem 100 wattů.
Analyzované varianty sice naznačily, že jiná provedení s odlišnými technickými parametry by mohla dosáhnout až 600 wattů, ale ta by dlouhodobě nevydržela běžné zatížení větrem. Právě pečlivé sladění rozměrů stožáru, jeho tuhosti a hmotnosti má být klíčem k praktickému využití této technologie.
Jednou z klíčových výhod větrných turbín bez lopatek je jejich bezpečnost pro zvířata, zejména ptáky. Rychle se otáčející listy standardních „větrníku“ mohou pro létající tvory působit jako rozmazaný obraz, nebo být dokonce neviditelné, což zvyšuje riziko kolizí. BWT tento problém eliminují, neboť nemají žádné rotující části. Navíc jsou tišší a zabírají méně místa, takže jsou ideální pro městské prostředí, kde jsou konvenční větrné turbíny nepraktické.
Bezlopatkové větrné turbíny mají potenciál
Zásadním přínosem studie je metodika, která umožňuje navrhovat BWT nejen pro menší aplikace, ale i pro větší výkonové kategorie. Autoři věří, že při vhodném škálování by šlo dosáhnout výkonu přes 1 kW na jednu jednotku, což už by mohlo být zajímavé i pro domácnosti nebo menší průmyslové provozy.
Vědci doufají, že tento výzkum povzbudí průmysl k vývoji nových prototypů BWT, což by mohlo přinést tuto technologii blíže k praktickému využití. Dalším směrem vývoje je využití tzv. metamateriálů – speciálně navržených materiálů s unikátními vlastnostmi, které by mohly ještě zvýšit efektivitu a životnost zařízení.
Bezlopatkové větrné turbíny mají potenciál stát se důležitou součástí decentralizované energetiky. Jejich tichý provoz, bezpečnost, jednoduchost a malé rozměry z nich dělají ideální kandidáty pro místa, kde klasické „větrníky“ narážejí na prostorová, hluková či ekologická omezení. Pokud se výsledky simulací potvrdí i v praxi, mohla by tato technologie brzy najít cestu z laboratoří do běžného provozu.