Πώς είναι σήμερα οι ανεμογεννήτριες
Τα μεγαθήρια που δαμάζουν τους ανέμους του πλανήτη κρύβουν στο «κεφάλι τους» ρότορες που μετασχηματίζουν την ενέργεια.
Ως το τέλος του 2011 το 2,5% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είχε φθάσει να προέρχεται από την αιολική, με συνολική ονομαστική ισχύ 238,5 γιγαβάτ και 83 χώρες να την αξιοποιούν εμπορικά. Την ανάπτυξη αυτή ξεκίνησαν τη δεκαετία του ’80 οι ΗΠΑ, για να τις ξεπεράσουν το 1997 η Γερμανία και να τις προσπεράσει και τις δύο η Κίνα, το 2010. Ωστόσο οι ανεμογεννήτριες του σήμερα απέχουν πολύ από τις ταπεινές σιδερένιες φτερωτές που βλέπαμε στα ντοκιμαντέρ να δουλεύουν στα αγροκτήματα της Αυστραλίας και της αμερικανικής Αγριας Δύσης.
Ακολουθώντας τις σχεδιαστικές προδιαγραφές που έθεσε ο Poul la Cour, οι ανεμογεννήτριες που είδαμε τα τελευταία 50 χρόνια να φυτεύονται στον πλανήτη έχουν συνήθως τρία πτερύγια. Ο λόγος είναι αφενός η αεροδυναμική απόδοση – που αυξάνει κατά 6% από το ένα πτερύγιο στα δύο, 3% από τα δύο στα τρία πτερύγια και αμελητέα στα περισσότερα των τριών -, αφετέρου το ότι όσο περισσότερα πτερύγια έχεις τόσο αυξάνονται το βάρος και το κόστος κατασκευής και συντήρησης και μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής.
Αυτές οι νέου τύπου ανεμογεννήτριες ξεκίνησαν ως μεταλλικοί πυλώνες με «κεφαλή» που εμπεριείχε τους μαγνήτες της ηλεκτρογεννήτριας. Η μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική γινόταν είτε άμεσα – με προσαρμογή του στροφείου του μετασχηματιστή στο γρανάζι περιστροφής των πτερυγίων – είτε έμμεσα, με τη μεσολάβηση ενός συνδυασμού γραναζιών όπως το «κιβώτιο ταχυτήτων». Τα πτερύγια ήταν αρχικά από αλουμίνιο και παρείχαν την ταπεινή απόδοση του ενός μεγαβάτ, αλλά η συνεχής βελτίωση του σχεδιασμού και της σύστασής τους την ανέβασε γοργά στα 10 μεγαβάτ. Καταλυτικό ρόλο στην όλη έρευνα έπαιξε το λογισμικό που χρησιμοποιούσαν οι κατασκευαστές πτερύγων αεροσκαφών (όπως το HyperSizer). Φθάνοντας όμως στο μήκος πτερύγων των 50 μέτρων, οι κατασκευαστές συνειδητοποίησαν ότι ο απαιτούμενος συνδυασμός ελαφρότητας και αντοχής ήταν εφικτός μόνο με συνθετικά υλικά (composite materials), όπως το υαλόνημα. Αρχισαν λοιπόν να δομούν τα πτερύγια σε καλούπια, με έναν σκελετό από τροπικό ελαφρόξυλο (balsa) και εποξική συγκόλληση επάνω του ενός πολυμερούς που είναι σύμμεικτο με υαλόνημα. Από τον Αύγουστο του 2012 το ρεκόρ μήκους πτερύγων ανεμογεννητριών το κατέχει η Siemens, με το 75 μέτρων «Β75 rotor blade», που επίσης είναι ελαφρύτερο κατά 20% από τα προγενέστερα μοντέλα. Για να συλλάβουμε το τι σημαίνει μια τέτοια κατασκευή, η κάθε πτέρυγα έχει μήκος σχεδόν ίσο με το συνολικό μήκος πτερύγων του αεροσκάφους Boing A380 και η διαμέτρου 154 μέτρων περιοχή που σαρώνει η ανεμογεννήτρια έχει επιφάνεια 18.600 τετραγωνικών μέτρων, δηλαδή ισοδυναμεί με δυόμισι γήπεδα ποδοσφαίρου! Ολο αυτό το «τέρας» στήθηκε ήδη πιλοτικά στην ακτή Østerild της Δανίας, πάνω σε επτά πυλώνες ύψους 250 μέτρων, με κεφαλές χωρίς γρανάζια και αναμενόμενη ηλεκτροπαραγωγή της τάξεως των 16 μεγαβάτ από την καθεμία ανεμογεννήτρια. Κατασκευαστικά αυτό σημαίνει ότι οι άκρες των πτερύγων διαγράφουν 80 μέτρα ανά δευτερόλεπτο – ή «τρέχουν με 290 χλμ. την ώρα» – και αντέχουν αδιαμαρτύρητα το χτύπημά τους με ενέργεια 200 τόνων αέρα ανά δευτερόλεπτο, όταν ο άνεμος που φυσάει έχει ταχύτητα 10 μέτρων ανά δευτερόλεπτο.
Από το βουνό στη θάλασσα
Χυτεύοντας υαλόνημα σε ενιαίο καλούπι, η Siemens δημιούργησε το μεγαλύτερο πτερύγιο του κόσμου – ίσο με ένα Boing A380.
Αν και οι ανεμογεννήτριες σκαρφάλωσαν σε οροπέδια και κορφοβούνια για να βρουν τα δυνατά ρεύματα αέρα, μια απλή διαπίστωση τις έκανε να κοιτάξουν από νωρίς προς τη μεριά της θάλασσας: Ο άνεμος που φυσάει στα βουνά έχει μεγάλες μεταπτώσεις και στροβιλισμούς, ενώ σε απόσταση μόλις 20 μιλίων από τις ακτές συναντά κανείς συνεχή άνεμο ταχύτητας 10 μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Ειδικότερα, έχει βρεθεί ότι ο «αποδοτικότερος» άνεμος πνέει σε θάλασσες με βάθη ως 600 μέτρα. Πώς όμως φυτεύεις μια ανεμογεννήτρια σε τέτοια βάθη;
Ο πρώτος που εισηγήθηκε επιστημονικά την κατασκευή «μεγάλων ανεμογεννητριών που επιπλέουν» ήταν ο καθηγητής του αμερικανικού University of Massachusetts Amherst, William E. Heronemus, το 1972. Στην πράξη, οι πρώτες τέτοιες ανεμογεννήτριες κατασκευάστηκαν τη δεκαετία του 1990 και τοποθετήθηκαν σε βάθη ως 30 μέτρων. Η στήριξη και ο έλεγχος της ευστάθειάς τους βασίστηκε στην τεχνογνωσία των πλωτών πλατφορμών εξόρυξης υποθαλάσσιου πετρελαίου. Συνήθως έχουν μια πλωτή βάση που αγκυροδένεται στον βυθό με πολλαπλά στηρίγματα. Πιο σπάνια, στηρίζονται με κατακόρυφες μόνον άγκυρες, καθώς έχουν το κέντρο βάρους τους πολύ χαμηλά, στο βυθισμένο τμήμα του πυλώνα.
