Tuhoisien luonnonilmiöiden mennessä hurrikaanit ovat raskaan painon joukossa. Jos ei gale-force-tuulet ja niistä johtuvat ammusjätteet, niin hurrikaani on ilkeä työ työtä, kun tulokset tapahtuvat, kun laskeudutaan ja putoaa pois. Kysy vain tällä viikolla rannikko-Carolinasin ja Georgian asukkaista, kun he viipyvät itsensä hurrikaanin Matthew'n viikonloppuvesistä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Voisiko merellä sijaitsevat tuulipuistot itse asiassa saastuttaa hirmumyrskyä?
- Miksi NOAA lähettää edelleen lentäjiä hirmumyrskyihin?
Varastoidun ja vapautuneen energian suhteen hurrikaanit pakkaavat valtavan iskun. Keskimääräinen trooppinen syklonisi saattaa vapauttaa vastaavan määrän 600 terawattia energiaa, josta neljäsosa prosenttia on tuulta; suurin osa hurrikaanin energiasta on varastoituna ja vapautuneena lämmön muodossa vesihöyryn tiivistyessä sateeseen.
Joten vaikka tuuli on vain pieni osa pyörremyrskyn kokonaistuotannosta, se tuottaa silti valtavia määriä voimaa: noin 1, 5 terawattia tai hieman yli neljäsosa maailman nykyisestä sähköntuotantokapasiteetista, joka on 5, 25 terawattia. Vain yhden myrskyn tuuli on puhtaan energian kultakaivos.
Mutta kuten oman lapsenomaisen käsitykseni mukaan maailman energiaongelmat voitaisiin ratkaista yksinkertaisesti ajamalla valtava jatkojohto auringolle, miten täsmälleen ajaa hurrikaaneja energiansatoa varten?
Haasteet ovat ilmeisiä. Miles leveä, muodostuen avoimesta valtamerestä, mutkittelevilla raiteilla, jotka törmäävät harvoin samaan rannikkoalueeseen kahdesti, ei ole helppoa tai edes toivottavaa kaataa liikkuvaa tuulipuistoa raivostuttavan hurrikaanin polulle. Jotkut tutkijat pyrkivät sen sijaan ympäri vuorokauden toimiviin sähköntuotantojärjestelmiin, jotka kestävät hurrikaanivoimia, mutta jotka voivat myös hyödyntää lisääntynyttä voimapotentiaalia myrskyn iskiessä.
Yksi lähestymistapa on ollut itse tuulivoimalan uudelleenarviointi. Japanissa CNN raportoi yhden yrittäjän suunnittelemasta yhteistä tuuletinta haavoittuvien terien poistamiseksi. Energian käynnistämisen Challenergyn perustaja Atsushi Shimizu rakensi tyylikkään, ”muna-vatkaja” -tyylisen suunnittelun pysty- ja terien ollessa ylä- ja alalaattojen välissä, joka on suunniteltu kestämään Japanin väkivaltaisia taifuunit. Shimizu pystyy kääntymään kumpaankin suuntaan, mutta myös kiristämään turbiinin kierrosluvun säätelemiseksi. Japanin odottamattomat tuulikuviot estävät samalla hallitsemattoman pyörimisen aiheuttamat vahingot.
Ensimmäinen kenttäprototyyppi asennettiin Okinawaan vuonna 2016. Turbiinin väitetään kykenevän sieppaamaan energiaa voimakkaiden tuulien pyöriviltä nostovoimilta, joita kutsutaan Magnus-voimiksi, sekä suoraviivaisiin tuuliin. Mutta Challenergy raportoi verkkosivustollaan, että heillä ei ole vielä arvioita sähköntuotannosta ja suurimmista jatkuvista tuuleista.
Perinteiset teräturbiinit on lukittava myrskyjen aikana energiantuoton pysäyttämiseksi. Voimakkaat myrskyt, joiden tuulet ovat voimakkaita, voivat aiheuttaa niiden katastrofaalisen epäonnistumisen, jos lukitusmekanismi epäonnistuu, kuten tapahtui yhden turbiinin kanssa vuonna 2011 Ayrshiressä, Englannissa.
Toiset ovat suunnitelleet pystyakseliset tuuliturbiinit, mutta tuttu vaaka-akselivalikoima, jossa on pitkät terät, pysyy vakiona niiden kohtuuhintaisuuden ja tehokkuuden vuoksi.
Arindam Gan Chowdhury ja hänen ryhmänsä testaavat aerodynaamista lieventämis- ja voimajärjestelmäänsä (AMPS) tällä virtauksen visualisoinnilla savun ja soran avulla. (Arindam Gan Chowdhury) Miamissa Arindam Gan Chowdhury johtaa tuulen laboratoriota Floridan yliopiston kansainvälisessä hurrikaanitutkimuskeskuksessa. Tämä tuulen seinä koostuu 12 tuulettimesta, joista jokainen saa 700 hevosvoiman moottorin. Se voi tuottaa nopeuksia jopa 157 mailia tunnissa, mikä vastaa luokan 5 hurrikaania. Chowdhuryn tutkimus keskittyy pääasiassa rakennusten tuulen vaikutusten lieventämiseen, mutta äskettäinen projekti lisäsi uuden ulottuvuuden: sähköntuotanto hajottamalla tuulet.
Yhdessä FIU-mekaanisen insinöörin Andres Tremanten kanssa Chowdhury suunnitteli ruuvimaisten turbiinien järjestelmän, joka voidaan asentaa rakennuksen räystäiden tai kourujen koko pituuteen. AMPS: inä, aerodynaamista lieventämistä ja voimajärjestelmää varten, turbiinien pitkät osuudet keskeyttävät voimakkaiden tuulien tuottamat tehokkaat ilman pyörteet, kun ne osuvat rakennukseen ja kulkevat kattorajan yli ja yli. Nämä pyörteet ovat vastuussa suurimmasta osasta kattovaurioita, repimällä pois laatat ja vyöruusu, antamalla sateen päästä, ja jopa imemällä katot heti rakennuksista, koska ne luovat ylöspäin nostavan rakenteen teräviä marginaaleja pitkin.
"Emme yritä kesyttää hurrikaaneja", Chowdhury sanoo. ”Rakennusten tuulen vaikutuksen vähentäminen on ensimmäinen kriteerimme. Mutta kun teimme niin, ajattelimme, miksi ei luoda jotain dynaamista, joka pystyy murtamaan tuulen ja myös muuttamaan siitä ystävän, joka tuottaa vihreää energiaa. "
Hänen näkemyksensä tekniikasta, jolla on vireillä oleva patentti, on, että sitä voidaan käyttää yksittäisten rakennusten tekemiseen kestävämmiksi ja samalla vähentämään minkä tahansa myrskyn aiheuttamia vaurioita missä tahansa maassa. Chowdhury sanoo, että vaikka turbiinit ovatkin vielä testissä järjestelmässä, niiden pitäisi auttaa jopa vähentämään tornadojärjestelmien lähellä olevien tuulien aiheuttamia vaurioita (mutta luultavasti ei suorassa osumassa). Ja syöttämällä sähköä joko kunnalliseen verkkoon tai lataamalla samanlaisia kodin akkujärjestelmiä kuin mitä jo on olemassa aurinkopaneeleille, Chowdhury sanoo, että yhden kodin pimennystason myrskyn tuottama sähkö voi helposti syöttää pienen jääkaapin, matkapuhelimen, kannettavan tietokoneen ja useita valoja kourallinen päiviä.
"Jokaisen rakennuksen on oltava mahdollisimman omavarainen", hän sanoo. "Ihmisten on oltava valmiita kaikenlaisiin katastrofeihin ja kyettävä toimittamaan omaa energiaa sen sijaan, että luottaisiin verkkoon tuotettuun energiaan."
Chowdhuryn mukaan AMPS voi tuottaa lisämäärää voimaa jopa kaikkialla läsnä olevilta, viidestä seitsemään mailia tunnissa olevista tuulet, joita esiintyy päivällä ja yöllä koko planeetalla.
Useat suuret kattoyhtiöt ovat jo ilmaisseet kiinnostuksensa konseptin kaupallistamismahdollisuuksiin, hän lisää, ja hän ja hänen kollegansa työskentelevät yhdessä arkkitehtien kanssa suunnitellakseen esteettisesti houkuttelevia malleja, jotka parantavat kattorajaa.
Ocean Power Technologiesin PB3-PowerBuoy-laite otettiin käyttöön New Jerseyn rannikolla (Ocean Power Technologies) 
Kaneohen lahdella Marine Corps Base Hawaiilla, Oahun rannikolla, meren elämä kiemurtelee PowerBuoy-merenpohjan ankkurin ympärillä, joka toimii keinotekoisen riutan osana. (Ocean Power Technologies) 
Kun poiju on täysin ladattu aaltovaikutuksella, poiju purkaa ylimääräistä energiaa kuumuutena, mikä ehkä kannustaa kaloja ja muita merivierailijoita viehtymään lähellä. (Ocean Power Technologies) Hurrikaanituulet eivät ole itsessään voimakkaita ja vahingollisia, mutta ne aiheuttavat myös vaaroja, kun maa kohtaa meren, suurten aaltojen muodossa. Yksi New Jerseyssä toimiva yritys sai heti todistamaan, kuinka sen aaltoenergiapoijut suoriutuivat vuoden 2011 hirmumyrsky Irenessa, lupaavilla vihjeillä, että hirmumyrskyjen ja taifuunien tuottama jättiläinen aalto voi jonain päivänä tarjota voiman lisäyksiä niiden läpi.
Ocean Power Technologies -liiketoiminta-alueen johtaja Deborah Montagna sanoo, että yhtiön PB3 PowerBuoys -yhtiöillä on kyky tuottaa jatkuvasti virtaa akkujen lataamiseen, jotka voivat varastoida 44–140 kilowattituntia. Täydellisen rauhallisuuden aikana on tarpeeksi energiaa antaa virtaa kaikelle, mihin se on kytketty useita päiviä, riippuen tuotteen virrankulutuksesta. Kun akku on ladattu täyteen, ylimääräistä energiaa vapautuu lämmönä, mistä Montagna sanoo nauttivan etenkin meren elämää.
Vuonna 2011, kun hirmumyrsky Irene hajotti itäistä merenpohjaa, Ocean Powerin Yhdysvaltain laivaston ja kotimaan turvallisuuskumppanit kysyivät jatkuvasti, toisiko yritys tuoda New Yorkin rannalla sijaitsevan 10 000 tonnin testipoijunsa myrskyn eteen. Ei, yritys sanoi: haluamme jättää sen siellä ja nähdä, mitä tapahtuu.
Normaaliolosuhteissa poiju lähettäisi tuntiraportteja sähköntuotannostaan ja muista analytiikoista - ja se jatkoi lähettämistä koko Irenessa.
"Saimme jatkuvasti täydellisiä raportteja sen suorituksesta ja tuotimme voimaa koko hirmumyrsky Irenen kautta", Montagna sanoo. ”Jos meillä olisi kaavio, voisit nähdä suuren hypyn sähköntuotannossa myrskypäivänä. Suunnittelimme sen selviytymään 100-vuotisesta myrskystä, mutta et koskaan tiedä milloin se ilmestyy. ”
Yhtiö työskenteli Havaijilla vuonna 2010 merivoimien kanssa osoittaakseen, kuinka poijut voitaisiin kiinnittää maanpäällisiin verkkoihin, mutta vedoten täysin kypsyneen tekniikan puuttumiseen, yritys on viime aikoina keskittynyt enemmän kysyntävoiman tuottamiseen merellä tehtäviin sovelluksiin, kuten öljynporauslautat, tutkimusalukset tai meren alla toimivat valvontalaitteet.
Miamissa Chowdhury sanoo, että Matthew ei ole aiheuttanut vahinkoa rakennuksille, mutta siellä olleet 100 mailia tunnissa tuulet räjäyttivät voiman tuhansille. Ihmiset testaavat jatkuvasti teorioita hurrikaanien energian vaimentamiseksi tai keräämiseksi, mutta toistaiseksi mikään ei ole käynyt läpi.
"Sanon oppilailleni sen sijaan, että yrittäisimme leikkiä hurrikaanilla, miksi et rakentaisi älykkäämpiä ja kestävämpiä asioita?", Hän sanoo.
