Zoals destructieve natuurfenomenen verdwijnen, behoren orkanen tot de zwaargewichten. Als het niet gaat om de stormachtige winden en het daaruit voortvloeiende projectielpuin, dan is de orkaan voor de enorme overstromingen die het gevolg zijn van het landen en landen, een smerig stuk werk. Vraag het maar aan de bewoners van de kuststaten Carolinas en Georgia deze week, terwijl ze zich wringen uit de weekendvloed van orkaan Matthew.
gerelateerde inhoud
- Kunnen offshore windparken daadwerkelijk de regen uit orkanen sappen?
- Waarom stuurt NOAA nog steeds piloten naar orkanen?
In termen van opgeslagen en vrijgegeven energie hebben orkanen een enorme klap. Je "gemiddelde" tropische cycloon kan het equivalent van 600 terawatt energie vrijgeven, met een kwart procent daarvan als wind; het overgrote deel van de energie in een orkaan is in de vorm van warmte die wordt opgeslagen en afgegeven wanneer waterdamp condenseert in regen.
Hoewel wind slechts een klein deel is van de totale energie-output van een orkaan, genereert het nog steeds enorme hoeveelheden vermogen: ongeveer 1, 5 terawatt, of iets meer dan een kwart van 's werelds huidige totale elektrische opwekkingscapaciteit van 5, 25 terawatt. De wind van slechts één storm is een goudmijn van schone energie.
Maar net als mijn eigen kinderlijke idee dat je de energieproblemen van de wereld kunt oplossen door simpelweg een enorm verlengsnoer naar de zon te leiden, hoe ga je dan precies om met orkanen om hun energie te oogsten?
De uitdagingen liggen voor de hand. Mijlen breed, gevormd in de open oceaan, met meanderende sporen die zelden twee keer hetzelfde kustgebied raken, is het niet eenvoudig of zelfs wenselijk om een mobiel windpark neer te ploffen op het pad van een slopende orkaan. In plaats daarvan streven sommige onderzoekers naar 24-uurs elektriciteitsopwekkingssystemen die bestand zijn tegen orkaankrachten, maar die ook kunnen profiteren van het verhoogde energiepotentieel wanneer een storm toeslaat.
Eén benadering was een heroverweging van de windturbine zelf. In Japan rapporteerde CNN over het herontwerp van een ondernemer van de gemeenschappelijke ventilator om de kwetsbare bladen te elimineren. Atsushi Shimizu, oprichter van energie-startup Challenergy, bouwde een strak, "eiklopper" -stijlontwerp, met verticale bladen ingeklemd tussen bovenste en onderste platforms die is ontworpen om de gewelddadige tyfoons van Japan te weerstaan. Het Shimizu-ontwerp kan in beide richtingen draaien maar ook worden vastgedraaid om de draaisnelheid van de turbine te reguleren, en is geschikt voor de onvoorspelbare windpatronen van Japan, terwijl ook schade door ongecontroleerde rotatie wordt voorkomen.
Het eerste veldprototype werd in 2016 in Okinawa geïnstalleerd. De turbine zou naar verluidt energie kunnen opvangen van de roterende hefkrachten van sterke winden, ook wel Magnus-krachten genoemd, evenals rechte winden. Maar Challenergy meldt op haar website dat ze nog geen schattingen hebben voor stroomopwekking en maximaal aanhoudende wind.
Conventionele turbines met bladen moeten tijdens stormen worden afgesloten, waardoor de energieproductie wordt gestopt. Zware stormen met harde wind kunnen ervoor zorgen dat ze catastrofaal falen als het vergrendelingsmechanisme faalt, zoals gebeurde met een turbine in 2011 in Ayrshire, Engeland.
Anderen hebben windturbines met verticale assen ontworpen, maar de bekende variëteit met horizontale assen met lange bladen blijft de standaard vanwege hun betaalbaarheid en efficiëntie.
Arindam Gan Chowdhury en zijn team testen hun Aerodynamic Mitigation and Power System (AMPS) met deze stroomvisualisatie met behulp van rook en grind. (Arindam Gan Chowdhury) In Miami heeft Arindam Gan Chowdhury een windlaboratorium in het International Hurricane Research Center van de Florida International University. Bestaande uit een bank van 12 fans, elk aangedreven door een motor met 700 pk, kan deze "Wall of Wind" stormen tot 157 mijl per uur genereren, het equivalent van een orkaan van categorie 5. Chowdhury's onderzoek richt zich primair op het verminderen van windinvloeden op gebouwen, maar een recent project voegde een nieuwe dimensie toe: energieopwekking terwijl de schadelijke wind werd verstoord.
Samen met FIU werktuigbouwkundig ingenieur Andres Tremante bedacht Chowdhury een systeem van schroefachtige turbines die over de gehele lengte van dakranden of dakgoten van een gebouw kunnen worden gemonteerd. Nagesynchroniseerde AMPS, voor Aerodynamic Mitigation en Power System, onderbreken de lange stukken turbines de krachtige luchtwervelingen die door sterke winden worden gegenereerd terwijl ze een gebouw raken en op en over de daklijn rijden. Deze vortexen zijn verantwoordelijk voor het merendeel van de dakschade, het wegscheuren van tegels en gordelroos en het binnendringen van regen, en zelfs het afzuigen van daken direct van gebouwen, omdat ze een opwaartse lift langs de scherpe marges van structuren creëren.
"We proberen geen orkanen te temmen, " zegt Chowdhury. “Het verminderen van het windeffect op gebouwen is ons eerste criterium. Maar terwijl we dat doen, dachten we, waarom niet iets maken dat dynamisch is, dat die wind kan breken en er ook een vriend van kan maken die groene energie produceert. "
Zijn visie voor de technologie, waarvoor een patent is aangevraagd, is dat het kan worden gebruikt om individuele gebouwen duurzamer te maken en tegelijkertijd de schade te verminderen die ze oplopen door elk stormniveau, overal in het land. Hoewel ze nog steeds tests op het systeem uitvoeren, zegt Chowdhury dat de turbines zelfs zouden moeten helpen schade door wind in de buurt van tornado-systemen te verminderen (maar waarschijnlijk niet in een directe hit). En door elektriciteit in een gemeentelijk net te voeden of thuisbatterijen op te laden die vergelijkbaar zijn met die die al voor zonnepanelen bestaan, zegt Chowdhury dat de elektriciteit die door een enkel huis wordt gegenereerd tijdens een black-out storm gemakkelijk een kleine koelkast, mobiele telefoon, laptop kan voeden en verschillende lichten voor een handvol dagen.
"Elk gebouw moet zo zelfvoorzienend mogelijk zijn", zegt hij. "Mensen moeten klaar zijn voor elke vorm van catastrofe en in staat zijn om hun eigen energie te leveren in plaats van te vertrouwen op door het net gegenereerde stroom."
AMPS kan volgens Chowdhury zelfs extra kracht genereren, zelfs van de alomtegenwoordige winden van vijf tot zeven mijl per uur die dag en nacht over de hele planeet voorkomen.
Verschillende grote dakbedrijven hebben al interesse getoond in de mogelijkheid om het concept te commercialiseren, voegt hij eraan toe, en hij en zijn collega's werken samen met architecten om esthetisch aantrekkelijke ontwerpen te bedenken die de daklijn zouden verbeteren.
Ocean Power Technologies 'PB3 PowerBuoy ingezet voor de kust van New Jersey (Ocean Power Technologies) 
In Kaneohe Bay op Marine Corps Base Hawaii voor de kust van Oahu krioelt het leven in zee rond een PowerBuoy-zeebodemanker, dat dient als iets van een kunstmatig rif. (Ocean Power Technologies) 
Wanneer de boei volledig is opgeladen door golfwerking, geeft hij overtollige energie af als warmte, misschien een stimulans voor vissen en andere mariene bezoekers om op de loer te liggen. (Ocean Power Technologies) Orkaanwinden zijn op zichzelf niet krachtig en schadelijk, maar ze creëren ook gevaren waar het land de zee ontmoet, in de vorm van grote golven. Een in New Jersey gevestigd bedrijf is uit de eerste hand getuige geweest van hoe zijn golfenergieboeien presteerden tijdens de orkaan Irene in 2011, met enkele veelbelovende aanwijzingen dat de gigantische golven die door orkanen en tyfoons worden gegenereerd op een dag een boost van kracht kunnen bieden wanneer ze passeren.
Deborah Montagna, vice-president van business en projectontwikkeling voor Ocean Power Technologies, zegt dat PB3 PowerBuoys van het bedrijf continu vermogen kan genereren om batterijen op te laden die 44 tot 150 kilowattuur kunnen opslaan. In perioden van volledige rust is dat voldoende energie om alles waar het gedurende meerdere dagen mee is verbonden van stroom te voorzien, afhankelijk van de stroomvereisten van dat artikel. Wanneer de batterij volledig is opgeladen, komt overtollige energie vrij als warmte, wat volgens Montagna met name het leven in zee lijkt te genieten.
In 2011, toen orkaan Irene de oostkust aan het harken was, bleven de partners van de Amerikaanse marine en Homeland Security van Ocean Power vragen of het bedrijf hun testboei van 10.000 ton voor de storm in de kust van New Jersey zou brengen. Nee, het bedrijf zei: we willen het weglaten en kijken wat er gebeurt.
Onder normale omstandigheden stuurde de boei elk uur rapporten over zijn stroomopwekking en andere analyses - en dat bleef hij doen in heel Irene.
"We kregen steeds volledige rapporten over de prestaties en we wekten stroom op via orkaan Irene, " zegt Montagna. “Als we een grafiek hadden, zou je op de dag van de storm een grote sprong in de stroomopwekking kunnen zien. We hebben het ontworpen om de 100-jarige storm te overleven, maar je weet nooit wanneer dat zal verschijnen. "
Het bedrijf werkte in 2010 samen met de marine in Hawaii om aan te tonen hoe de boeien konden worden aangesloten op terrestrische stroomnetten, maar met een gebrek aan volledig gerijpte technologie heeft het bedrijf zich onlangs meer gericht op het genereren van on-demand stroom voor toepassingen op zee, zoals booreilanden, onderzoeksschepen of onderzeese bewakingsapparatuur.
In Miami zegt Chowdhury dat Matthew geen schade aan gebouwen heeft toegebracht, maar de winden van 100 mijl per uur hebben duizenden macht uitgeschakeld. Mensen blijven theorieën testen om de energie van orkanen te temperen of te oogsten, maar tot nu toe is er niets uitgebannen.
"Ik vertel mijn studenten, in plaats van te proberen met de orkaan te spelen, waarom niet dingen bouwen die slimmer en veerkrachtiger zijn?", Zegt hij.
