バイオミミクリーにより風力発電が向上

Feb 16, 2024

風力発電の効率を改善することで、地球の過重な資源が節約される

何世紀にもわたって、人類は主に水を汲み上げたり、小麦粉を製粉したりするために風を利用してきました。 現在、風力タービンはクリーン エネルギーへの移行において重要な役割を果たしています。 これらの大きくて洗練された機械は効率性を体現しているように見えますが、さらに効率を高め、周囲への影響を少なくすることもできます。

カナダの企業である Biome Renewables は、自然を模倣することによって改良を開発しています。 彼らは、静かな飛行で伝説的な生き物であるフクロウの飛行方法を研究することで、タービンの騒音を低減しました。 風力タービンのブレードが空気を切り裂くと、上と下に 1 つの気流が発生し、それぞれが異なる速度で移動します。 2 つの流れがブレードの後ろで出会うとき、それらは衝突し、激しく騒々しい乱流を引き起こします。 タービンブレードはフクロウの翼のような役割を果たします。 フクロウを調べたところ、羽の後縁に沿って特殊なフリンジがあり、特定の場所で空気を強制的に混合し、フクロウの周りを流れる空気の音を消し、無音飛行を可能にしていることを発見しました。

彼らの観察から、Biome Renewables はタービンブレードの後部に鋸歯状のエッジのデザインを考案しました。 空気がブレードの周りを流れると、空気の一部は鋸歯状の歯の根元の空間にカールして 1 つの音波を生成し、一部は歯の先端でカールして、すぐに 2 番目の音波を生成します。 最初の音波の谷は 2 番目の音波の山と一致し、互いに打ち消し合います。 風洞試験では、この技術により騒音を 50 ～ 80% 低減できることが示されています。 さらに、ブレードの後ろの乱流が減少することで、同じ速度の風の中でタービンがわずかに速く回転し、より多くの電力を生成できるようになります。

効率をさらに高めるために、Biome Renewables はまったく異なる自然領域からのパターンを発見しました。 渦巻き状のブレードが吸引力を生み出し、空気を中央のハブに向かって引き込みます。 同社は、タービンの中心にフィットし、空気をブレードにスムーズに戻す「パワーコーン」と呼ばれる装置を設計した。 この空力強化装置により、タービンの出力が最大 13% 増加しました。 彼らはどこからインスピレーションを得たのでしょうか？ 落ちてくるカエデの種。

カエデの種子の偏った重量により、種子は特定の角度で回転し、風の向きを種子の細い長さに沿って変え、先端に向かう流れを加速します。 その結果、種子は中心点の周りで渦を巻き、より長く空中に留まり、風によって遠くまで運ばれるようになります。 これと同じ原理を「パワーコーン」に採用することでタービンにトルクが加わり、効率と電気出力が向上します。

一定の風速でのタービンの出力が大きくなると、必要なエネルギーを供給するのに必要なタービンの数が減り、クリーン エネルギーの生成による温室効果ガスの削減以上に環境にとって有利になります。