空中風力タービン

空中風力タービンは、タワーを使わずに空中でローターを支えた風力タービンの設計概念であり、 ^[1]これにより、高高度での風のより高い速度と持続性の恩恵を受けながら、タワー建設の費用を回避し、^[2]スリップリングやヨー機構の必要性を回避します。発電機は地上または空中にあります。課題としては、強風や嵐の中でタービンを地面から数百メートルの高さに安全に吊り下げて維持すること、収集および/または生成された電力を地上に戻すこと、および航空との干渉などがあります。^[3]

空中風力タービンは低高度でも高高度でも動作し、高高度風力発電や横風凧発電で扱われる空中風力エネルギーシステム (AWES) のより広いクラスの一部です。発電機が地上にある場合、^[4]繋留航空機は発電機の質量を運ぶ必要も導電性の繋留装置を持つ必要もありません。発電機が空中にある場合、導電性の繋留装置を使用してエネルギーを地上に伝送するか、空中で使用するか、マイクロ波やレーザーを使用して受信機に送信します。凧やヘリコプターは風が不十分なときに降りてきます。凧や飛行船は他の欠点を伴って問題を解決するかもしれません。また、雷や雷雨などの悪天候により、機械の使用が一時的に停止する可能性があり、おそらく地面に戻してカバーする必要があるでしょう。いくつかの計画では長い電源ケーブルが必要であり、タービンが十分に高い場合は禁止空域が必要です。2022年現在、商業用空中風力タービンが定期的に稼働しているものはほとんどありません。^[5]

空気力学的な空中風力発電システムは、風を利用して支えられています。

ある種類の発電機では、凧に似た空気力学的構造が地面に繋がれ、風力タービンを支えることで風力エネルギーを抽出します。横風凧発電などの別の種類の装置では、発電機は地上にあり、1 つまたは複数の翼または凧がテザーに力を加え、それが電気エネルギーに変換されます。空中タービンでは、電力を地面に送るためにテザーまたはその他の装置に導体が必要です。ウインチに依存するシステムでは、発電機の重量を地面レベルに置くことができ、テザーは電気を伝導する必要がありません。

航空力学的風力エネルギーシステムは、少なくとも1980年以来、研究対象となってきました。^[6]複数の提案がなされてきましたが、市販品はまだありません。^{[7] [8]} 空中風力エネルギーシステムに関するその他のプロジェクトには、以下のものがあります。

• アンピクスパワー
• カイトパワー
• カイトジェン^[9]
• ロトカイト^[10]
• HAWEシステム^[11]
• スカイセイルズ^[12]
• X-Windテクノロジー^[13]
• マカニパワークロスウィンドハイブリッドカイトシステム^[14]
• 風に吹かれて興味深い凧型タービンのリング間トルク伝達^[15]
• カイトミル^[16]

エアロスタット型風力発電システムは、少なくとも部分的には浮力を利用して風を集める要素を支えています。エアロスタットはデザインが異なり、揚力抗力比も異なります。エアロスタットの揚力抗力比が高い形状のカイト効果により、空中のタービンを効果的に空中に浮かせることができます。このようなカイト気球は、ドミナ・ジャルベールの「キトゥーン」で有名になりました。

風がなくてもシステムを維持するためにバルーンを組み込むことはできますが、バルーンはゆっくりと漏れるため、浮上ガスを補給し、場合によってはパッチを当てる必要があります。非常に大きな、太陽熱バルーンは、ヘリウムまたは水素の漏れの問題を解決できる可能性があります。

オンタリオ州に拠点を置く Magenn ^[17]という会社はMagenn Air Rotor System (MARS) というタービンを開発していました。^[18]将来的には幅 1,000 フィート (300 m) の MARS システムが、地上の変圧器に繋がれたヘリウムで吊り下げられた装置に水平ローターを設置する予定です。 Magenn は、自社の技術は高トルク、低始動速度、そして非空中ソリューションに比べてより高く展開できるため、全体的な効率に優れていると主張しています。^{[19]最初のプロトタイプは TCOM [誰? ]}によって 2008 年 4 月に製造されました。生産ユニットはまだ出荷されていません。^[20]

ボストンに拠点を置くアルタエロス・エナジーズは、ヘリウムを充填したバルーンシュラウドを使用して風力タービンを空中に持ち上げ、シュラウドを制御するのに使用したのと同じケーブルを介して、結果として生じる電力を基地局に伝送します。標準的なスカイストリーム2.5kW 3.7m風力タービンを使用した35フィートのプロトタイプが2012年に飛行し、テストされました。2013年秋、アルタエロスはアラスカで最初の商業規模のデモンストレーションに取り組んでいました。^{[21] [22]}

2023年に発表された別のコンセプトでは、ヘリウムを充填した気球に帆を取り付け、圧力を発生させて水平軸を中心にシステムを回転させるという提案がなされている。運動エネルギーは円運動するロープを通じて地上の発電機に伝達される。^[23]

• 高高度風力発電
• ラムエアタービン

• ヴァンス、E. 風力発電：大きな期待。ネイチャー 460、564–566 (2009)。https://doi.org/10.1038/460564a
• Houska、Boris、および Moritz Diehl。「発電凧の最適制御」2007 欧州制御会議 (ECC)。IEEE、2007 年。

• Kitemill - 風力発電を新たな高みへ
• エネルギーカイトシステム
• なぜ空中風力エネルギーなのか 空中風力エネルギー研究所
• 「凧で発電」。Wired 2006年 10 月 10 日。
• ヴァンス、エリック（2009）。「風力発電：大きな期待」ネイチャー。460（7255）：564-566。doi：10.1038 /460564a。
• 「GitHub 上のオープンソースの高高度風力タービン」。