풍차에서 항공기 매개 연까지 : 풍력 에너지를 포착하기위한 장치의 진화.

풍력 에너지는 새로운 것이 아닙니다. 최초의 실용적인 풍차는 아마도 7 세기에 페르시아에서 나타났습니다. 거기에서 그것은 아시아의 다른 지역으로, 나중에 유럽으로 확장되었습니다. 풍차는 곡물 연삭, 물 추출 및 물 펌핑을 포함하여 다양한 이유로 사용되었습니다. 오늘날 그들은 전기를 생산하는 데 익숙합니다.

풍력 에너지를 포착하는 데 사용되는 장치의 기술 진화는 오늘날 테 더링되지 않은 무인 공중 차량 (UAV)의 사용으로 이어졌습니다. 이 항공기는 교차 바람으로 날아 가서 풍력 에너지를 포착하는 데 사용되며 에너지는지면으로 전달됩니다. 그래서 그들은 테 더링 된 드론으로 간주 될 수 있습니다. 이 독특한 드론 시스템은 공기 중 풍력 에너지 시스템 또는 경외라고합니다.

awes 시스템은 케이블과지면에 연결된 자율 공중 차량을 사용하여 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하기위한 여러 개념을 결합합니다. 두 가지 주요 개념은 다음과 같습니다. 차량 («Fly-Gen») 또는 지상 («Ground-Gen») 발전 :

awes는 여전히 젊은 기술입니다. 1980 년에 L. Loyd의 Miles L. Loyd에 의해«Crosswind Kite Power»«Crosswind Kite Power»에 대한 경외가 될의 수학적 기초가 제시되었습니다. 90 년대에는 Awes 연구가 실제로 포기되었습니다. 그러나 지난 10 년 동안이 부문은 매우 빠른 가속을 경험했습니다. 주로 소규모 신생 기업과 대학 스핀 오프가 고도에서 풍력 에너지 사업에 들어가 수백 개의 특허를 제출하고 프로토 타입 및 시위대를 개발했습니다. 드론 기술이 성숙 해졌으므로 오늘날 우리는 세계의 일부 지역에서 날아갈 수 있다는 경외심에 대한 다양한 컨셉 시위대를 수행 할 수있었습니다.

7 전기를 생성하기 위해 Awes 기술을 사용해야하는 이유 :

1. 더 많은 풍력 자원에 대한 액세스 가능.

더 높은 고도에서 풍속이 증가하고 거의 기하 급수적으로 수행됩니다. 예를 들어, 바람의 에너지 밀도는 500 ~ 1500 미터 사이입니다. 이는 블레이드 길이가 길고 (스윕 영역을 증가시키기 위해)가 높은 등급의 전력 (최대 5MW)과 키 큰 터빈 샤프트 (더 높은 고도에서 더 강한 바람을 달성하기 위해)를 갖는 개별 풍력 터빈을 개발하는 세계 산업 추세로 변환됩니다. 그러나 이것들은 결코 경외심에 도달 할 수 없습니다. 스페인의 경우, Awes는 해안 및 해외 풍력 자원 잠재력 (본토 및 섬에서 더 많은 해안 풍력 자원 잠재력을 크게 증가시킬 것입니다.

사건을 지구 전체에 외삽하는 것은 세계 1 차 에너지의 상당 부분이 중간 및 고도 바람에서 잠재적으로 추출 될 수 있다고 결론을 내릴 수 있습니다. 이것은 향후 몇 년간 경외선에서 훌륭한 상업 및 연구 기회가있을 것임을 의미합니다.

2. 간헐적 재생 가능 에너지 원의 문제를 완화.

2016 년 Bill Gates는«에너지 기적을 요구했습니다. »기적에 의해, 그는 태양 광 PV와 기존 풍력 터빈이 전 세계적으로 요구를 충족시키는 100% 재생 가능 에너지로 더 빠르고 저렴한 전환을 달성하는 데 도움이되는 새로운 기술을 의미했습니다. 그는 특히 재생 가능 에너지 원의 간헐적 문제를 해결할 수있는 기술을 찾고있었습니다 (태양이나 바람이 없을 때 태양이나 바람이 없을 때). Bill Gates는 그러한 잠재적 돌파구 또는«Miracle»기술의 이름을 지정하라는 요청을 받았을 때, Bill Gates는 고도의 풍력 발전을 언급하고 그것을 세계의 에너지 문제에 대한«잠재적 인 마법 솔루션»이라고 불렀습니다. 또 다른 인터뷰에서 그는 고지대 풍력 에너지를 재생 에너지 생성을위한 가장 유망한 세 가지 기술 중 하나라고 불렀습니다.

현실적으로, 우리는 500m 이상의 높이에 도달하기 위해 기술 (특히 케이블을 구성하는 재료)을 갖기 전에 몇 년을 기다려야합니다. 그러나 현재 200 ~ 500m를 사용하면 대기 경계층 위의 바람에 접근 할 수 있으며, 이는 난류가 덜하고 일정하며 현재 태양 광 및 풍력 발전 시스템의 하중 계수를 향상시킵니다. 예를 들어, EK200 시스템에 대한 Enerkite의 데이터 (아래 그래프 참조)에 따르면 이러한 바람은 태양 광 발전 (12%)과 기존 풍력 발전 시스템 (35%)의 예상 하중 계수를 최대 75%: 향상시킵니다.

3. 생성 비용 감소 (LCOE).

실제 세계에 새로운 기술을 도입하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 진입 장벽을 극복해야합니다. 시장이 새로운 기술 채택을 고려할 때, 그것은 적어도 한 가지 측면 (예 : 경제, 환경, 사회적 요인 등)에서 기존 기술을 향상시키고 중요한 방식으로 (예 : 적어도 50%이상) 그렇게하기 때문입니다..

재생 가능한 생성 시스템의 경제학의 개선을 정량화 할 때 가장 좋은 방법은 LCO (Levelized Energy) 비용 (LCO)을 비교하는 것입니다. LCOE는 해당 당시 (€/MWH)에 대한 에너지에 비해 수명 (건축에서 재활용)에 대한 발전 자산 비용의 합계를 나타냅니다..

Lazard 컨설팅 회사가 수행 한 역사적 일련의 LCOE 분석을 포함하여 여러 출처에 따르면 현재 재생 가능 에너지 (1MW보다 큰 태양 광 인프라 및 육상 풍력 터빈 농장)는 석탄 또는 천연 가스 식물보다 LCOE가 낮습니다. 따라서 경외심은 현재 재생 가능 에너지와 비교되어야하며, 그 중 기존 풍력 터빈은 시장에서 성숙도와 존재 기간을 고려하여 LCOE가 가장 낮습니다. 실제 운영에는 AWES 시스템이 없기 때문에 어느 정도의 자율성으로 작동하는 몇몇 개념 시연자를 넘어서, 우리는 그들의 운영 및 유지 보수 측면 (OPEX)을 고려할 수 없습니다. 그러나 우리는 투자 비용 (CAPEX)을 정량화하고 재활용 비용 (LCOE)을 추론 할 수 있습니다.

기존의 풍력 터빈에서, 에너지의 60%가 칼날의 가장 바깥 쪽 끝의 30%로 생성됩니다. 따라서, 이것은 날개 영역이 블레이드 면적의 30%에 해당하는 공중 차량으로 대체되어 동일한 에너지를 생성 할 수 있습니다. 이 AWES 시스템으로의 이러한 변환은 일반적인 인프라에서 50%의 캡펙스 절약을 달성합니다 (아래 그래프 참조). 풍력 터빈의 블레이드와 타워를 접지 케이블로 묶인 항공기로 교체합니다..

재활용 비용에 대해서는 훨씬 낮은 것으로 추론 할 수 있습니다. AWES의 질량 (예 : 다음 그래프에서 kg/mWh의 European Awes 연관 데이터를 참조)은 기존 풍력 터빈의 약 1/3이기 때문입니다. 따라서 우리는 재활용 할 재료의 질량 측면에서 66%의 절약을 얻습니다.

제품의 탄소 발자국은 해당 제품의 수명주기 동안 직접 또는 간접 효과에 의해 방출되는 총 온실 가스 (GHG)를 반영하는 것을 목표로하는 환경 지표입니다. 이 지표는 연구에서 분석되었습니다.«Stefan Wilhem의 Airborne Wind Energy의 전기 생산에 대한 수명주기 평가»). 예를 들어, 지상 발전기가있는 일반적인 고정 날개 항공기가 고려되었습니다. 이 시스템은 유사한 전력의 기존 풍력 터빈과 비교되었습니다. 이 연구는 연구 된 경외선 공장의 기존 풍력 터빈에 비해 49%의 탄소 발자국이 있다고 결론 지었다 (요소에 의한 탄소 발자국 분해 참조) :.

5. 시각적 영향이 적습니다.

그들이 말했듯이, 그림은 천 단어의 가치가 있습니다 : 100kW를 생성하기위한 다른 기술의 시각적 영향은 매우 다릅니다.

6. 더 큰 유연성을 제공.

awes는 몇 분 안에 설치 및 제거 할 수있는 재생 가능한 생성 시스템을 제공하며 전 세계 거의 모든 곳에서 쉽게 운송, 설치 및 운영 할 수 있습니다. 하루가 끝나면 AWES는 기본적으로 기본적으로 항공기,지면 시스템 및 연결을 결합하는 케이블의 세 가지 요소로 구성되어 있으며 도로로 쉽게 운송 할 수있는 형식으로«압축»을 연결할 수 있습니다. 실제로, 오늘날 존재하는 다중 AWES 개념 시위대는 일반적으로 모든 요소를 ​​컨테이너에 수용합니다. 따라서 육지, 바다 또는 공기로 운송을 허용하고 쉽고 효율적으로

유연성은 비상 사태, 군사 작전, 자체 소비 또는 격리 된 (오프 그리드) 및/또는 원격 시스템과 같은 경우에 매우 매력적인 옵션을 제공하는 물류 이점을 의미합니다. 생성기 세트와 같은 최적화 된 솔루션과 성공적으로 경쟁 할 수 있습니다.

7. 더 큰 확장 성을 제공.

이제 비행 중에 입증 된 많은 AWES 개념이 있습니다 (일부 유럽 시위대의 그림 참조). AWES 개념 시연자가 개발되면 몇 kW에서 여러 MW로 빠르게 조정할 수 있습니다.