В Open Access Journal Energies опубликованы новые данные об исследовании т.н. Высотных струйных течений (ВСТ) и способах их использования для получения электроэнергии. Ученые Кристина Арчер (Cristina Archer) из Калифорнийского университета и Кен Колдейра (Ken Caldeira) из Института Карнеги, впервые составили карту энергетической емкости ВСТ в различных районах Земли.
ВСТ принято называть сильный ветер в виде узкого воздушного потока на высотах от 8 до 50 км, для которого характерны огромные скорости (на оси более 30 м/с), в десятки раз превышающие скорости ветров у поверхности Земли. ВСТ связаны с высотными фронтальными зонами. Имеют эллиптическое по форме вертикальное поперечное сечение. Размеры ВСТ по горизонтали — сотни километров в ширину и тысячи километров в длину, по вертикали 2-4 км. Скорости ветра в ВСТ изменяются вдоль струи, причем очаги максимальных скоростей на оси ВСТ перемещаются по ветру. Струи перемещаются в виде извивающихся «воздушных рек» и в основном направлены к востоку, но могут иметь меридиональное и ультраполярное направление. ВСТ опасны для авиации в связи с сильной турбулентностью воздушных потоков в них.
Авторы исследования проанализировали накопленные за 28 лет данные о ВСТ и установили зоны, где сбор энергии наиболее выгоден. Как оказалось, наибольшая плотность энергии ветра — над Японией и восточным Китаем, восточным побережьем США, южной Австралией и Северо-Восточной Африкой. Средние значения плотности энергии в этих зонах составляют более 10 киловатт на квадратный метр, что немыслимо для наземных ветроэнергетических установок, где эта величина в лучших случаях составляет менее киловатта на квадратный метр. По данным исследования, одно из струйных течений находится над Нью-Йорком, где средняя плотность энергии ветра составляет 16 киловатт на квадратный метр, другие «урожайные» места — Сеул, Сан-Паулу, Токио, Мехико.
«Общая энергия, запасенная в течениях, составляет примерно 100 общих энергетических потребностей человечества. Благодаря этому изобилию, силе и относительному постоянству, течения представляют особенный интерес с точки зрения развития ветряной энергетики», — утверждают ученые.
Ученые предлагают отбирать энергию у высотных струйных течений с помощью ветроустановок, похожих на воздушных змеев. Однако первыми были созданы установки наподобие дирижаблей. В 2008 году канадская компания Magenn Power испытала подобный тип генератора.
Воздушный ротор Magenn Power Air Rotor System (MARS) представляет собой отдаленно напоминающий дирижабль привязной аппарат легче воздуха, который под воздействием ветра вращается вокруг своей горизонтальной оси и генерирует экологически чистую возобновляемую электроэнергию с меньшими затратами, чем другие конкурирующие системы.
Полученная электроэнергия доставляется в трансформатор на наземной станции, откуда она поступает в электросеть. Воздушный ротор поднимается гелием на высоту, оптимальную для ветрового вращения. При этом возникает эффект Магнуса, что предоставляет дополнительную подъемную силу, обеспечивает устойчивость аппарата, удерживает его в пределах ограниченной и контролируемой зоны и, при увеличении скорости ветра, не прижимает аппарат к земле, а поднимает его.
Воздушный ротор Magenn Power Air Rotor представляет собой объемную закрытую конструкцию. Он обладает высоким моментом вращения даже при малой скорости ветра и, благодаря способности размещаться на большой высоте, отличной общей эффективностью. Закрытость структуры в несколько раз снижает затраты на производство как небольших, так и крупных ветряных роторов Magenn Power по сравнению с другими ветрогенераторами.
Ветрогенератор Magenn мобилен. Крупные роторы MARS могут использоваться в качестве вспомогательного источника энергии для электросетей, обеспечивающих крупные городские районы. Небольшие ветрогенераторы могут использоваться в случае необходимости при чрезвычайной ситуации и/или как мобильные источники энергии. Роторы промежуточных размеров — идеальный выбор для ферм, домов и коттеджей, размещенных за пределами электросетей. Системы небольших и средних размеров также могут быть десантированы в районы катастроф для аварийного энергоснабжения в медицинских и других целях.
