2010 년 첫째 화요일에 특징이없는 비포장 도로에서 운전하면서 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 항공 및 생물 공학 교수 인 존 다비리 (John Dabiri)와 당시의 학생 인 로버트 휘틀 리시 (Robert Whittlesey)는 풍력 발전의 새로운 개념을 테스트하기 위해 구매하기를 원하는 원격 지역을 조사하고있었습니다. 그들은 최적화 된 풍력 에너지를 위해 현장 실험실의 사이트 Flowe를 지명했습니다. 캘리포니아 영토 밸리의 4 에이커 소포는 한때 식생으로 덮인 온화한 놀이 사이에 위치한 한때 쇼핑몰이되었지만 그 계획은 무너졌습니다. 땅은 저렴했습니다. 그리고 더 중요한 것은 바람이 불었습니다.
250 조와 와트로 추정되는 지구상의 바람의 양은 현재의 글로벌 에너지 소비를 20 배 이상 제공 할 가능성이 있습니다. 그러나 스페인, 포르투갈, 아일랜드 및 덴마크의 4 개국만이 전기의 10 % 이상을 이렇게합니다. 가장 크고 부유하며 가장 바람이 잘되는 국가 중 하나 인 미국은 약 4 %입니다. 그 이유가 있습니다. 풍력 농장 확장은 대규모 엔지니어링 비용,보기 흉한 시골, 시끄러운 소음, 군사 레이더 방해 및 야생 동물의 사망을 가져옵니다. 최근 추정치는 1 년에 60 만 개의 박쥐와 최대 440,000 마리의 새를 죽이는 터빈을 비난했습니다. 2014 년 6 월 19 일, American Bird Conservancy는 연방 정부에 대한 소송을 제기했습니다. 그리고 독립형 수평 축 터빈은 풍력 에너지를 잘 수확하지만 그룹에서는 매우 강력합니다. 프로펠러와 같은 블레이드가 회전함에 따라 바람으로 향하는 터빈은 자유 흐르는 공기를 방해하여 느리게 움직이는 불임의 공기를 만들어냅니다.
공기 역학적 간섭 의이 문제는 농축의 꼬리, 난류 공기가 바람에 잡힌 베일처럼 뱅가드 터빈을 뒤 따르는 혼란스러운 공기가있는 해상 풍력 발전 단지에서 관찰 될 수있다. 터빈을 질식시키는 베일. Whittlesey는“풍력 터빈의 전체 작업은 바람에서 에너지를 추출하는 것이기 때문에이 느린 바람은 전력을 추출하고 생산하기 위해 사용 가능한 에너지로 끝납니다. 수평 축 터빈의 크기 (경우에 따라 100 미터)의 크기는 서로 멀리 떨어져 있어야한다는 점을 설명하며 바람이 전혀없는 곳에 큰 틈이 남습니다. 사과 나무가있는 과수원을 서로 40 미터 이상 간격으로 심는 것과 비슷합니다.
이 문제를 해결하기 위해 많은 연구자들은 자연의 동식물을 보았습니다. 일부 터빈 블레이드는 혹등색 고래의 울퉁불퉁 한 지느러미의 시뮬 라 크럼으로 설계되었으며, 다른 터빈 블레이드는 범블비의 날개 비트와 비슷한 그림 8의 모션에서 회전합니다.
Dabiri와 그의 동료들은 다른 아이디어를 시도했습니다. 그들은 수중 학교에서 물고기에서 영감을 얻은 작고 단순하며 저렴한 수직 축 풍력 터빈을 사용했습니다.
학부생으로서 Dabiri는 해파리의 기복 운동을 모델링했습니다. 10 년 후, 그는 맥동 전기장이 적용될 때 살아있는 젤리처럼 수영하는 탄성 실리콘과 쥐의 심장 세포로 만든 합성 해파리 인 메두이드 (Medusoid)의 구성에 관여했습니다. 그 기간 동안 Dabiri는 또 다른 정통 조합 인 Schooling Fish and Wind Power에 매료되었습니다.
대형 동기화 된 그룹을 형성하면 포식자 회피, 개선 된 구조 성공 및 동료 접근을 포함하여 물고기에게 장점이 있습니다. 또한 많은 양의 난류를 만듭니다. 물고기가 꼬리를 좌우로 펄럭이면 추종자들이 수영 해야하는 순환 소용돌이의 깨어납니다. 그러나 각각의 후행 물고기가 앞쪽의 두 가지 잘린 뒤에서 수영하는 방식으로 스스로를 배열함으로써 학교의 물고기는이 소용돌이 치는 흐름을 사용하여 자신을 밀어 넣습니다. Whittlesey는“[이 소용돌이] 회전하는 방식은 실제로 물고기가 스스로 움직일 수있는 에너지의 양을 감소시킵니다. 그것은 각 물고기 옆에있는 일련의 수중 휠과 같습니다.
이러한 패턴은 Dabiri와 Whittlesey의 사고를 얻었습니다. 물고기가 이웃이 생산 한 소용돌이의 혜택을 누릴 수 있다면 수직 축 풍력 터빈이 동일하게 할 수 있습니까? 이 생체에서 영감을 얻은 배열이 생성 할 수있는 전력의 양을 추정하기 위해 컴퓨터 모델을 사용했습니다. Whittlesey는“우리가 한 일은 수직 축 풍력 터빈을 같은 위치에 넣고 회전하는 것이 었습니다. 그러나이 패턴에서, 그들의 터빈은 독립형 터빈에 비해 생산성이 증가하지 않았다. Whittlesey는 너무 놀라지 않았다고 말했다. "물고기는 전력 생산을 극대화하지 않고 다른 사람들의 깨우기를 사용하여 에너지를 절약하는 데 중점을두고 있습니다." 그래서 그들은 풍력 터빈을 학교 물고기의 엄격한 배열로 옮겼지만, 쌍을 이루는 터빈을 반대 방향으로 반대 방향으로 돌렸다. 그들은 Flowe 사이트에서 카운터 회전, 이중적 구성을 테스트하기로 결정했습니다.
다양한 구성으로 배열 된 18 개의 터빈 배열을 사용하여 수천 시간의 데이터를 모았습니다. 그들은 Eggbeater Pairs 배열이 실제로 가장 생산적이라는 것을 발견하여 평방 미터당 20-30 와트의 전기를 생성 할 수 있음을 발견했습니다. 그것은 가장 생산적인 현대 풍력 발전 단지에 비해 10 배 증가한 것입니다. Whittlesey는“몇 퍼센트 포인트를 증가시키는 것은 한 가지입니다. "그러나 우리는 규모의 순서를 이야기하고 있습니다. 그건 상당합니다."
Dabiri와 Whittlesey는 왜 밀접하게 배치 된 터빈이 가장 효율적인지 정확히 알지 못하지만 몇 가지 작업 이론이 있습니다. 첫 번째는이 더블릿 구성에서 하나의 회전 터빈에 의해 생성 된 공기의 흐름이 파트너의 속도를 높이고 그 반대도 마찬가지입니다. “그들은 일종의 기어와 비슷합니다. 한 번의 회전 시계 방향으로 시계 방향으로 반드시 회전하는 다른 방향으로 방향으로 돌리는 것을 상상할 수 있습니다.”라고 Whittlesey는 말합니다. 두 번째 이론은이 터빈 뒤에있는 느린 바람의 깨우기가 크게 줄어든다는 것입니다. "우리가 수평 축 풍력 터빈과 마찬가지로 깨어나지 않습니다."
결과적으로,이 시스템에서 자유 유동 공기가 더 쉽게 구할 수 있으며, 이로 인해 터빈 쌍이 더 가깝게 포장 될 수 있습니다. 공간이 적을수록이 친밀한 배열은 바람이 흐르는 바람의 비율이 더 높습니다.
이 팀은 또한 알래스카 주 Igiugig의 시골 마을에서 2 개의 수직 축 풍력 터빈을 테스트하고 있습니다. Gordon과 Betty Moore Foundation이 자금을 지원하는이 초기 프로젝트는 50 ~ 70 개의 작은 시각적으로 눈에 띄지 않는 터빈을 설치하여 전체 마을에 전력을 공급하는 것을 목표로합니다. 현재 알래스카의 브리스톨 베이에있는이 외딴 지역의 50 명 정도의 주민들은 전기 발전기를위한 디젤의 비용이 많이 들고 힘든 운송에 전적으로 의존하고 있습니다. Whittlesey는“이것은 자본 비용과 유지 보수가 있기 때문에 Wind [Power]는 정말 매력적입니다. 
Dabiri와 그의 동료들은 또한 다른 해양의 해저 인 해초로 돌려 배열을 더 최적화하려고합니다. 해초의 침대는 물의 수직 순환을 사용하여 산소와 영양분을 조직으로 운반합니다. 다양한 높이의 줄기는이 순환을 강화하는 것으로 생각됩니다. 따라서 팀은 다른 높이의 터빈을 사용하여 농장 캐노피 위에서 오는 바람을 더 잘 활용할 수있는 방법을 조사 할 것입니다.
이러한 테스트 사이트를 디딤돌로 사용하여 BioEngineers는 풍력 발전을보다 경제적으로 실행 가능하게 만들뿐만 아니라 정밀한 조사를 통해 풍력 발전을 일으킨 단점을 해결하기를 희망합니다. 크기가 작기 때문에 수직 축 터빈에는 건축 자재가 적고 조용하며 레이더 신호를 방해하지 않습니다. 아마도 더 중요한 것은 큰 땅을 필요로하지 않으며 대머리와 황금 이글과 같은 멸종 위기에 처한 조류 종을 방해하지 않을 것입니다. Whittlesey는“수직 축 풍력 터빈이 회전 할 때 견고한 물체처럼 보이므로 야생 동물이 피하는 것이 더 쉬워집니다. "내가 아는 한,이 터빈과 관련된 새 나 박쥐 죽음은 없었습니다. 캘리포니아에서 우리는 새들을 사랑합니다."
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Alex Riley는 동물학 석사를 보유하고 있으며 블로그 인 Bacteria to Bonobos에서 자연 세계의 다양한 주제에 대해 씁니다. 그는 @riley__alex에서 트윗합니다.
참조
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