Bladløse vindmøller: Fremtiden for ren energi

Forskere fra University of Glasgow undersøger aktivt måder at øge kraften i bladløse vindmøller (BWT’er). Til dette leverer de indsigt fra computersimuleringer¹ af disse turbiner og identificerer de mest effektive designs til fremtidige modeller.

“Resultaterne kan hjælpe vedvarende energibranchen med at tage BWT’er, som stadig er i en tidlig fase af forskning og udvikling, fra småskala feltforsøg til praktiske former for energiproduktion til nationale elnet.” 

Bladløse vindmøller er en udviklende form for vindenergi‑genereringsmetode, som primært undersøges af forskere. De får dog hurtigt opmærksomhed, og deres marked vokser lige så hurtigt.

I 2022 blev den globale markedstørrelse for bladløse vindmøller vurderet til omkring $60.5 billion og forventes at overstige $116 billion i 2030, drevet af den stigende efterspørgsel efter vedvarende energi på verdensplan.

I modsætning til almindelige vindmøller er bladløse vindmøller (BWT’er) mere støjsvage og optager mindre plads. De tilpasser sig også hurtigere til ændringer i vindretning, hvilket gør dem meget nyttige i urbane områder med turbulent vind.

En anden stor fordel ved BWT’er er, at de reducerer den miljømæssige påvirkning, især hvad angår dyrelivet. For fugle øger turbiner med blade risikoen for kollisioner, da de hurtigt roterende blade kan fremstå som en slør eller være helt usynlige. Bladløse turbiner bevæger sig betydeligt mindre, så dyr som fugle lettere kan undgå dem.

Den lave vægt og lavere tyngdepunkt for BWT’er reducerer derimod behovet for fundament, hvilket forenkler installationen af bladløse turbiner.

Det enklere design af disse turbiner kræver også mindre vedligeholdelse end normale turbiner, hvilket igen øger deres levetid.

Klik her for at lære, om vindenergi virkelig kan drive verden.

Hvad er bladløse vindmøller, og hvordan fungerer de?

Afledt fra naturlige ressourcer, der fornyer sig selv, er vedvarende energi nøglen til overgangen til mindre kulstofintensive og mere bæredygtige energisystemer.

Vedvarende energikilder omfatter vind, sollys, regn, bølger, tidevand, termisk energi og biomasse. Disse ressourcer er afgørende, ikke kun for at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer, men også for at afbøde klimaændringerne.

Blandt de vedvarende energikilder er vindenergi en hurtigt voksende kilde. I 2024 leverede vedvarende energi og kernekraft tilsammen næsten 41 % af verdens elproduktion. Blandt de vedvarende var solenergi den største bidragsyder, efterfulgt af vindenergi, som voksede til 8,1 % af den globale elektricitet.

Ifølge International Energy Agency (IEA) forventes sol‑PV og vind at udgøre 95 % af al tilføjelse af vedvarende kapacitet frem til 2030.

For at udnytte vindenergi anvendes normalt vindmøller, som omdanner vindens mekaniske energi til elektrisk strøm. En alternativ måde at udnytte vindenergi på er gennem energihøstende designs baseret på aeroelastisk vibration af fleksible strukturer.

I løbet af de sidste par årtier har aeroelastisk energihøstning fået stor opmærksomhed med et særligt fokus på vortex‑induceret vibration (VIV) af bløde, cylindriske legemer. VIV‑teknologi har tiltrukket betydelig interesse, hvilket har ført til forskellige numeriske modellerings‑ og eksperimentelle undersøgelser.

Vortex‑induceret vibration drives af den alternerende afgivelse af vortikser fra hver side af de bløde legemer. Dette medfører regelmæssige løfte‑ og trækkræfter samt store tværstrøms‑oscillationer i strukturer.

Når frekvensen af vortex‑afgivelse matcher strukturets naturlige frekvens, fører det til ustabil bevægelse og oscillationer med meget stor amplitude. Denne adfærd er kendt som lock‑in‑fænomenet.

Et innovativt koncept til at udnytte vindenergi ved at udnytte strukturers høj‑amplitude oscillationer i nærvær af VIV og lock‑in er bladløse vindmøller (BWT).

En BWT opfører sig effektivt som et blødt legeme, der placeres i en væskestrøm, som skaber vortikser ved at indlede flow‑separation fra overfladen. På denne måde viser BWT et stort potentiale for effektoutput inden for et specifikt vindhastighedsområde. Derfor kan design af bladløse turbiner med stærkere oscillations‑magnitude øge både deres effektoutput og det operationelle vindhastighedsområde samtidigt.

Givet BWT’ers potentiale i udvinding af vedvarende energi, foretages der bestræbelser på at udnytte VIV til el‑generering i små skalaer fra 1 til 100 W.

Studier er også blevet udført for at evaluere forholdet mellem BWT‑effektoutput og designvariabler som mast‑længde, vægt og vindhastighed. Derudover undersøger forskningen BWT’ers operationelle vindhastighedsområde gennem et tuningsystem. Men vi har endnu ikke klarhed over effektiviteten af bladløse vindmøller.

Da vind ikke er en endelig ressource, er det vigtigt at fastslå, om maksimal effektivitet resulterer i maksimal BWT‑effektoutput.

Det er dog endnu ikke kendt, om effektoutput kan forbedres for konstant indgangsvindenergi. Derudover er der en mangel på fluid‑structure‑interaktions‑modellering af bladløse vindmøller, som let kan bruges til at udforske disse turbineres parametre og besvare spørgsmål om deres effektivitet.

Derfor har den seneste undersøgelse fra forskere ved University of Glasgow til formål at hjælpe med at accelerere igangværende initiativer i opskalering af eksisterende BWT‑modeller, som i øjeblikket er små‑skala, til større‑skala anvendelser på havbaserede steder.

Denne forskning adresserer spørgsmål om bladløse vindmøllers effektivitet og effektoutput ved at udvikle en simpel numerisk model til at undersøge den fysiske mekanisme af VIV’er på grund af BWT’er. Forskerne har leveret en omfattende analytisk ramme, som tackler den kritiske udfordring med at optimere BWT’er for maksimal energiudvinding, mens strukturel integritet bevares.

Kan bladløse vindmøller konkurrere med traditionelle?

Konventionelle vindmøller med blade har i lang tid været en populær metode til at omdanne vind til elektricitet. Disse turbiner konverterer direkte vindens kinetiske energi til roterende bladbevægelse, som så driver en generator til at producere elektricitet.

Bladløse vindmøller, eller BWT’er, fungerer efter et andet princip end blad‑turbiner. Kernen er VIV, og i stedet for blade bruger disse turbiner høje, slanke, cylindriske master, der vibrerer eller svajer i vinden.

For at bygge bladløse vindmøller (BWT’er) med maksimal effektivitet kørte forskerholdet fra University of Glasgow simuleringer af BWT‑designs i tusindvis af varianter.

Dette gjorde dem i stand til at finde det mest optimale punkt, som maksimerer effektgenerering uden at påvirke strukturets styrke negativt. Ifølge Dr. Wrik Mallik fra James Watt School of Engineering:

“Det, denne undersøgelse viser for første gang, er, at strukturen med den højeste effektivitet for energiudvinding faktisk ikke er den struktur, der giver den højeste effektoutput. I stedet har vi identificeret den ideelle midtpunkt mellem designvariablerne for at maksimere BWT’ers evne til at generere strøm, mens deres strukturelle styrke bevares.”

Undersøgelsens resultater giver indsigt i, hvordan mastens dimensioner, herunder bredde og højde, påvirker både den producerede effekt og turbinenes strukturelle integritet.

Dette afslørede en afvejning, som tidligere ikke var kendt: mens en større mastdiameter øger både effektivitet og energiudvinding, opnås en top‑effektivitet på 6 % og maksimal effekt på 600 W gennem forskellige geometriske konfigurationer.

Dog overskrider konfigurationer, der kun er optimeret for effektoutput, ofte strukturelle sikkerhedsgrænser, mens dem, der maksimerer effektivitet, leverer suboptimale effektresultater.

Den ideelle konstruktion er derfor en mast på 31,4 tommer (80 cm) med en diameter på 25,4 tommer (65 cm), ifølge undersøgelsesresultaterne publiceret i Renewable Energy.

En sådan optimal balance mellem kraft og robusthed kan sikkert levere imponerende 460 W, en præstation, der overgår de nuværende prototyper, som kun når omkring 100 W.

“I fremtiden kan BWT’er spille en uvurderlig rolle i at generere vindenergi i urbane miljøer, hvor konventionelle vindmøller er mindre nyttige.”

– Dr. Malik

Undersøgelsesresultaterne kan spille en vigtig rolle i at sikre strukturenes sikkerhed i vindhastigheder fra 20 til 70 mph. Ifølge forskerne kan deres metode muliggøre opskalering af bladløse vindmøller til at generere 1 000 W (1 kW) eller mere.

Med denne forskning er målet at opfordre industrien til at udvikle nye prototyper af bladløse vindmøller (BWT’er) ved tydeligt at demonstrere det mest effektive design for BWT’er.

“At fjerne noget af gættespillet i forfining af prototyper kan hjælpe med at bringe BWT’er tættere på at blive en mere brugbar del af verdens værktøjskasse for at opnå netto‑nul gennem vedvarende energi.”

– Professor Sondipon Adhikari, James Watt School of Engineering

Ifølge Adhikari planlægger ingeniørerne at fortsætte med at forfine deres forståelse af BWT‑design og hvordan de kan skalere teknologien til at levere strøm på tværs af et bredt udvalg af anvendelser.

De er også “ivrige” efter at udforske specielt designede materialer kaldet metamaterialer, som er finjusteret til at give egenskaber, der ikke findes i naturen, for at “forbedre BWT’ers effektivitet i de kommende år.”

Nye designs og materialer til næste generations BWT’er

I en anden studie², udført af forskere fra Alexandria University tidligere i år, blev to nye mekanismer introduceret til at designe BWT’er for at adressere driftsbegrænsninger, som skyldes lock‑in‑fænomenet, der begrænser dem til et lille område omkring den strukturelle naturlige frekvens.

De introducerede mekanismer var tuning‑mass‑mekanismen og den elastiske tuning‑mekanisme, som muliggør drift over et bredt vindhastighedsområde fra 2 til 10 m/s.

Studiets resultater viser også, at udnyttelse af mastens ækvivalente masse og polære masse‑inerti ved den frie ende af den kante‑bærende bjælke er vigtig i turbine‑design og for at sikre, at den opfylder lock‑in‑betingelserne.

Studiets mål er at opretholde optimal ydeevne ved at kontrollere turbinenes naturlige frekvens gennem implementeringen af mekanismerne.

Der blev også bygget en matematisk model for at justere den naturlige frekvens, så den matcher afgivelsesfrekvensen ved den specificerede vindhastighed. Modellens validering viste høj nøjagtighed.

Den første mekanisme kan opnå en 99,2 % stigning i mekanisk effektivitet ved 7 m/s, men for at opnå højere bøjnings‑ eller fleksibilitets‑modulværdier skal den anden mekanisme indarbejdes for at reducere turbinenes samlede størrelse. Den samlede tilgang øger effektiviteten med 55,7 %.

Udover tuning‑mekanismer er valg af egnede materialer til turbinenes fleksible komponenter kritisk, ifølge studiet, for at sikre tilstrækkelig styrke og ydeevne, da de påvirker strukturets samlede stivhed. Dette påvirker den naturlige frekvens, som igen påvirker al BWT‑ydeevne.

Studiet rapporterede, at kul‑ og glasfiber er de bedste materialer til fremstilling af BWT’ers hovedkomponenter.

De mekaniske egenskaber for kompositmaterialer kan, ifølge studiet, kontrolleres ved at ændre fremstillingsparametre såsom antal lag og deres orientering, hvilket muliggør tilpasning af styrke, stivhed og andre karakteristika til specifikke krav for forskellige anvendelser.

Selvom teknologien stadig er i sine meget tidlige udviklingsstadier og begrænset til eksperimentelle og laboratorieindstillinger, har den også begyndt at vise tegn på anvendelse i den virkelige verden.

Sent sidste år begyndte BMW Group at afprøve den bladløse vindenergi‑enhed. Den tyske bilproducent installerede bladløse vindenergi‑enheden fra Aeromine Technologies på sit MINI‑produktionsanlæg i Oxford.

Dette fabrik vil fungere som teststed for teknologien, hvor enheden evalueres for sit potentiale i at forbedre energieffektiviteten på virksomhedens anlæg globalt samt på forretningskomplekser i Storbritannien.

Aeromines vindenergi‑enhed er installeret på en bygnings kant, rettet mod vinden. Enhedens vertikale luftprofiler, som ligner vinger, skaber en vakuumeffekt, som udtrækker luft bag en intern propeller for at generere ren og grøn elektricitet.

“Vores ‘motionless’ vindenergi‑teknologi er designet til at arbejde problemfrit sammen med solsystemer, maksimere den vedvarende energiproduktion fra tage, samtidig med at den hjælper med at løse udfordringer som støj, vibrationer og påvirkning af dyrelivet. Vi er begejstrede for at se, hvordan denne første installation kan føre til bredere anvendelser på BMW’s globale faciliteter.”

– Claus Lønborg, managing director at Aeromine Technologies.

Klik her for at lære om motionless wind energy 

Investering i vindenergi

I vindenergi‑sektoren er General Electric (GE ) en af de største vindmølleproducenter gennem sit datterselskab GE Vernova (GEV ), et globalt energiselskab, der designer, fremstiller og leverer teknologier til at skabe et bæredygtigt elektrisk kraftsystem. Dets segmenter omfatter Power med fokus på vandkraft, gas, damp og kernekraft; Wind, der involverer onshore‑ og offshore‑vindmøller og blade; samt Electrification, der dækker strøm‑konvertering, net‑løsninger, sol og lagringsløsninger.

Virksomheden har omkring 120 gigawatt (GW) installeret energi på tværs af sin flåde på 57.000 vindmøller, som opererer over 4 milliarder timer verden over.

GE Vernova (GEV ) 

Med en markedsværdi på $132,9 billion er GEV‑aktier i øjeblikket handlet til $486, en stigning på over 48 % år‑til‑dato. Den har en EPS (TTM) på 6,94 og en P/E (TTM) på 70,18, mens udbytteafkastet er 0,21 %.

I april rapporterede virksomheden sine første kvartalsresultater for 2025, som viste en omsætning på $8 billion, et nettoresultat på $0,3 billion og $1,2 billion i kontanter fra driftsaktiviteter. GE Vernova rapporterede også en stigning på 8 % i ordrer til $10,2 billion.

Kontantbeholdningen ved kvartalets afslutning var $8,1 billion. Samtidig blev $1,3 billion returneret til aktionærerne.

“Vi leverede stærke resultater i første kvartal, og vores forretninger fortsatte med at levere godt. Vi udvidede vores udstyrs‑ og service‑ordrebog, forbedrede marginerne i hvert segment betydeligt, og vi returnerer en betydelig mængde kapital til aktionærerne. Jeg er spændt på, hvad der ligger foran, da vi kun er i begyndelsen af el‑investerings‑supercyklussen.”

– CEO Scott Strazik

GE Vernova’s vindforretning viste dog en blandet præstation, da den står over for udfordringer inden for offshore‑vind, mens onshore‑vindaktiviteten registrerer vækst.

Som følge heraf steg onshore‑leverancerne, støttet af forbedrede priser, mens offshore‑driften oplevede en kontraktion. Selvom vindsegmentet fortsat var tabsgivende, viser det tegn på forbedring.

GE Vernova’s vindforretningsordrer udgjorde $0,6 billion, mens omsætningen var $1,8 billion. Virksomheden investerede også over $100 million i perioden for at forbedre flådens ydeevne.

I sidste måned annoncerede GE Vernova, at de nu udnytter robotteknologi og AI til at inspicere kvaliteten af hver blad, de fremstiller, samt kvaliteten af råmaterialerne før modellering og samling. På længere sigt forventes den AI‑drevne kvalitetskapacitet at forlænge levetiden for kritiske komponenter og dermed øge turbinenes levetid.

Seneste nyheder og udviklinger om GE Vernova (GEV) aktien

Afsluttende tanker: Er bladløse vindmøller fremtiden?

Konventionelle vindmøller er afgørende for effektiv udnyttelse af vindenergi, men de har alvorlige, iboende ulemper, såsom høje startomkostninger, støjforurening, regelmæssig vedligeholdelse, visuel og miljømæssig påvirkning, byggebegrænsninger i byområder og effektiv drift kun ved høje vindhastigheder.

Alle disse faktorer har drevet udviklingen af alternative teknologier, hvor bladløse vindmøller (BWT’er) repræsenterer et fremadstormende og spændende nyt kapitel inden for vedvarende energiteknologi.

I BWT’er genererer vindens bevægelse vortikser, som får hele strukturen til at oscillere, og når svajebevægelsen matcher strukturets naturlige vibrationsfrekvens, forstærkes bevægelsen dramatisk. Denne forstærkede bevægelse eller vibration omdannes derefter til elektricitet. Selvom teknologien er kraftfuld, er den stadig i de tidlige udviklingsstadier.

Med forskere, der optimerer designs, som kan opnå højere output og større strukturel integritet, kan BWT’er endelig blive værdifulde tilføjelser til energporteføljer.

Efterhånden som efterspørgslen efter ren energi fortsætter med at stige, og løbende forskning hjælper med at skalere innovationen til kommercielt levedygtige løsninger, vil vi kunne accelerere vores rejse mod en netto‑nul fremtid.

Klik her for en liste over de bedste vindenergi‑aktier.

Studier refereret:

1. Breen, J.; Mallik, W.; Adhikari, S. Performanceanalyse og geometrisk optimering af bladløse vindmøller ved brug af Wake Oscillator‑modellen. Renew. Energy 2025, 215, 123549. https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.123549

2. Mohamed, Z.; Soliman, M.; Feteha, M.; et al. En ny optimal design‑tilgang for bladløse vindmøller under hensyntagen til mekaniske egenskaber af anvendte kompositmaterialer. Sci. Rep. 2025, 15, 1355. https://doi.org/10.1038/s41598-024-82385-9