風力發電是十分重要的綠能資源之一,卻有幾個重大的缺點,一是發電機組的扇葉會發出噪音,影響附近的居民與牲口;二是扇葉旋轉時經常打落飛過的鳥群,久為動保團體所詬病。而鳥群不時的衝撞也會損害風力發電機組。
去年,西班牙新創公司Vortex Bladeless發表一個新式風力發電機 Vortex ,利用某個流體理論來振動發電,完全不需要扇葉,也避免了上述兩大缺陷,預料會是綠能科技的明日之星。
讓吊橋的崩塌的卡門渦街現象
上世紀美藉匈牙利裔科學家西耳鐸‧馮‧卡門(Theodore Von Karman)在德國哥廷根大學擔任助教時,於一次實驗中發現了一個有趣的流體現象,為此發表了一篇論文,成為他旳成名作,後人稱之為卡門渦街理論。
此流體現象是,當流體(包含水及其他液體與氣體)流經一個物體是,在物體兩側產生交替的渦流(意指兩側產生渦流的時間並不同步),而交替的渦流造成物體兩側所受的壓力不同,壓力一邊大一邊小不斷循環之下,物體產生振動。
這個理論對於建築領域十分重要,如果建築物的構造附近的流體(如河流、海、風)產生卡門渦街現象,會使建築物不斷振動,如果振動十分強勁,終會使建築物崩塌。1940年美國華盛頓州塔科馬海峽吊橋(Tacoma Narrow Bridge)的崩塌意外就是卡門渦街現象所導致的。
那次意外成為建築學教授此卡門渦街理論的經典案例,而這場意外也啓發了Vortex Bladeless的創辦人David Yanez,開始構思如何利用卡門渦街現象來發電,最後終於發明了Vortex。
(太空中拍攝到的卡門渦街現象)
Vortex的發電原理
David Yanez團隊用玻璃纖維與碳纖維等輕巧的材料打造頭大身細的錐形機組,而機身設計可以引發卡門渦街現象;較細的尾端連接地基,地基淺埋,使機組能夠更有效地產生振動以發電。
理論上,機組的振動在達到一定的頻率之前是不會產生能量的,為此,David Yanez團隊在機組裡安裝兩個相斥的強力磁鐵,如此一來,即使是微風稍一推動機組,內部就會有相斥的磁力將其回推,透過反覆的拮抗運動達到所需的頻率。
這個頭大的腳輕的機組雖然也是利用風力發電,卻不用扇葉,其獨特的外型被日本人喻為「倒插在地上的筷子」。
沒有扇葉降成本、好安裝、省維修,又不會傷害飛禽
沒有扇葉的Vortex既不會產生噪音,也不會傷害飛禽,對環境絕對的友善。將可降低未來推廣所受到的扺抗。
另外,瘦長的設計也較不佔空間,同一面積的設置場中可以安置較多的發電機組,另外,因為使用輕巧的材料,體積也遠比傳統風力發電機小,Vortex只要三個成年人即可安裝,方便許多。
Vortex的製造成本為傳統風力發電機的一半,維護也簡易,維護費用可省掉80%。
不管從哪個面向來看,Vortex都完勝傳統的風力發電機。
Vortex的概念影片:
(首圖翻攝自Vortex的概念影片)
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