Bladløse vindturbiner: Fremtiden for ren energi

Forskere fra University of Glasgow utforsker aktivt måter å øke kraften til bladløse vindturbiner (BWT) på. For dette gir de innsikter hentet fra datamaskinsimuleringer¹ av disse turbinene, og identifiserer de mest effektive designene for fremtidige modeller.

The researchers said:

«Funnene kan hjelpe fornybarsindustrien med å ta BWT-er, som fortsatt er i en tidlig fase av forskning og utvikling, fra småskala feltforsøk til praktiske former for kraftproduksjon for nasjonale strømnett.» 

Bladløse vindturbiner er en utviklende form for vindkraftgenerering som primært blir undersøkt av forskere. Imidlertid får de raskt oppmerksomhet, og markedet vokser like raskt.

I 2022 ble den globale markedet for bladløse vindturbiner verdsatt til omtrent $60.5 milliarder og forventes å overstige $116 milliarder innen 2030, drevet av den økende etterspørselen etter fornybar energi over hele verden.

I motsetning til vanlige vindturbiner er bladløse vindturbiner (BWT) stillere og tar mindre plass. De tilpasser seg også raskere til endringer i vindretning, noe som gjør dem svært nyttige i urbane omgivelser med turbulent vind.

En annen stor fordel med BWT-er er at de reduserer miljøpåvirkningen, spesielt når det gjelder dyrelivet. For fugler øker turbiner med blader risikoen for kollisjoner, da de raskt roterende bladene kan virke som en uskarphet eller være helt usynlige. Bladløse turbiner beveger seg betydelig mindre, slik at dyr som fugler lettere kan unngå dem.

The low weight and lower center of gravity of BWTs, meanwhile, reduce the need for foundation, in turn, simplifying the installation of bladeless turbines.

Den lave vekten og det lavere tyngdepunktet til BWT-er reduserer behovet for fundament, noe som forenkler installasjonen av bladløse turbiner.

Den enklere designen av disse turbinene krever også mindre vedlikehold enn vanlige turbiner, noe som igjen øker deres levetid.

Klikk her for å lære om vindenergi virkelig kan drive verden.

Hva er bladløse vindturbiner og hvordan fungerer de?

Utnyttet fra naturlige ressurser som fornyes selv, er fornybar energi nøkkelen til overgangen til mindre karbonintensive og mer bærekraftige energisystemer.

Fornybare energikilder inkluderer vind, sollys, regn, bølger, tidevann, termisk energi og biomasse. Disse ressursene er avgjørende ikke bare for å redusere vår avhengighet av fossilt brensel, men også for å dempe klimaendringene.

Blant fornybare energikilder er vindenergi en raskt voksende kilde. I 2024 leverte fornybar energi og kjernekraft til sammen nesten 41 % av verdens elektrisitetsproduksjon. Blant fornybare hadde solenergi den største andelen, etterfulgt av vindproduksjon, som vokste til 8,1 % av verdens elektrisitet.

Ifølge International Energy Agency (IEA) er sol-PV og vind forventet å utgjøre 95 % av all fornybar kapasitetsutvidelse frem til 2030.

For å utnytte vindenergi brukes vanligvis vindturbiner, som omdanner vindens mekaniske energi til elektrisk kraft. En alternativ måte å utnytte vindenergi på er gjennom energihøstende design basert på aeroelastisk vibrasjon av fleksible strukturer.

I løpet av de siste tiårene har aeroelastisk energihøsting fått stor oppmerksomhet, med spesielt fokus på virvelindusert vibrasjon (VIV) av robuste, sylindriske legemer. VIV-teknologi har tiltrukket betydelig interesse, noe som har ført til ulike numeriske modellerings- og eksperimentelle studier.

Virvelindusert vibrasjon drives av alternerende avrenning av virvler fra hver side av de robuste legemene. Dette fører til regelmessige løft- og dragkrefter samt store tverrgående oscillasjoner i strukturer.

Når frekvensen av virvelavrenning matcher den naturlige frekvensen til strukturen, fører det til ustabil bevegelse og oscillasjoner med svært stor amplitude. Denne oppførselen er kjent som låse‑inn‑fenomenet.

Et innovativt konsept for å utnytte vindenergi ved å utnytte strukturers høy‑amplituds‑oscillasjoner i nærvær av VIV og låse‑inn er bladløse vindturbiner (BWT).

En BWT oppfører seg effektivt som et robust legeme som plasseres i en fluidstrøm som skaper virvler ved å initiere strømavskjæring fra overflaten. På denne måten viser BWT et stort potensial for kraftutbytte innenfor et spesifikt vindhastighetsområde. Dermed kan design av bladløse turbiner med sterkere oscillasjonsamplitude øke både kraftutbyttet og operasjonsvindhastighetsområdet samtidig.

Gitt BWT-ers potensial for å hente ut fornybar energi, blir innsatsen for å utnytte VIV til elektrisitetsgenerering gjort på små kraftutbytteskalaer, fra 1 til 100 W.

Studier har også blitt gjennomført for å evaluere sammenhengen mellom kraftutbyttet til BWT og designvariabler som mastlengde, vekt og vindhastighet. Videre utforsker forskningen BWT-ers operasjonsvindhastighetsområde gjennom et tuningsystem. Men vi har ennå ikke oppnådd klarhet om effektiviteten til bladløse vindturbiner.

Siden vind ikke er en begrenset ressurs, er det viktig å fastslå om maksimal effektivitet resulterer i maksimal BWT‑kraftutbytte.

Det er imidlertid ennå ikke kjent om utgangseffekten kan forbedres for konstant innkommende vindkraft. Det er også en mangel på fluid‑struktur‑interaksjonsmodellering av bladløse vindturbiner, som enkelt kan brukes til å utforske parametrene til disse turbinene og få svar på deres effektivitet.

Derfor har den siste studien av forskere ved University of Glasgow som mål å bidra til å akselerere pågående initiativer for å skalere opp eksisterende BWT-modeller, som for tiden er i liten skala, til større applikasjoner på havbaserte steder.

Denne forskningen tar for seg spørsmål om bladløse vindturbiners effektivitet og kraftutbytte ved å utvikle en enkel numerisk modell for å undersøke den fysiske mekanismen bak VIV-er på grunn av BWT. Forskerne har levert en omfattende analytisk ramme som takler den kritiske utfordringen med å optimalisere BWT for maksimal kraftutvinning samtidig som strukturell integritet opprettholdes.

Kan bladløse vindturbiner konkurrere med tradisjonelle turbiner?

Konvensjonelle vindturbiner med blader har lenge vært en populær metode for å omdanne vind til elektrisitet. Disse turbinene konverterer direkte den kinetiske energien i vinden til roterende bladbevegelse, som deretter driver en generator for å produsere elektrisitet.

Bladløse vindturbiner, eller BWT, fungerer etter et annet prinsipp enn bladturbiner. Kjernen er VIV, og i stedet for blader bruker disse turbinene høye, slanke, sylindriske master som vibrerer eller svaier i vinden.

For å bygge bladløse vindturbiner (BWT) med maksimal effektivitet, kjørte forskerteamet fra University of Glasgow simuleringer av BWT‑design i tusenvis av varianter.

Dette tillot dem å finne det mest optimale punktet som maksimerer kraftproduksjon uten å påvirke strukturell styrke negativt. Ifølge Dr. Wrik Mallik fra James Watt School of Engineering:

«Det denne studien viser for første gang er at, motsatt av forventning, er strukturen med høyest effektivitet for energihøsting faktisk ikke strukturen som gir høyest kraftutbytte. I stedet har vi identifisert det ideelle midtpunktet mellom designvariablene for å maksimere BWT‑enes evne til å generere kraft samtidig som strukturell styrke opprettholdes.»

Funnene fra studien gir innsikt i hvordan mastens dimensjoner, inkludert bredde og høyde, påvirker både mengden produsert kraft og strukturell integritet til disse turbinene.

Dette avdekket et avveining som tidligere var ukjent, nemlig at mens økning av mastens diameter forbedrer både effektivitet og kraftutvinning, oppnås en topp‑effektivitet på 6 % og maksimal kraft på 600 W gjennom ulike geometriske konfigurasjoner.

Imidlertid overskrider konfigurasjoner som kun er optimalisert for kraftutbytte strukturelle sikkerhetsgrenser, mens de som maksimerer effektivitet gir suboptimal kraftproduksjon.

Dermed er den ideelle designen en mast på 31,4 tommer eller 80 centimeter med en diameter på 25,4 tommer eller 65 centimeter, i henhold til studiens funn publisert i Renewable Energy.

En slik optimal balanse mellom kraft og robusthet kan trygt levere imponerende 460 watt kraft, en ytelse som er bedre enn nåværende virkelige prototyper som topper rundt 100 watt.

«I fremtiden kan BWT-er spille en uvurderlig rolle i å generere vindkraft i urbane miljøer, hvor konvensjonelle vindturbiner er mindre nyttige.»

– Dr. Malik

Studiefunnene kan spille en viktig rolle i å sikre strukturell sikkerhet i vindhastigheter fra 20 til 70 miles per hour (mph). Ifølge forskerne kan deres metodikk muliggjøre skalering av bladløse vindturbiner for å generere 1 000 watt (1 kilowatt) eller mer.

Med denne forskningen er målet å oppmuntre industrien til å utvikle nye prototyper av bladløse vindturbiner (BWT) ved tydelig å demonstrere det mest effektive designet for BWT.

«Å fjerne noe av gjettingen som er involvert i å finjustere prototyper kan bidra til å bringe BWT-er nærmere å bli en mer nyttig del av verdens verktøykasse for å oppnå netto‑null gjennom fornybar energi.»

– Professor Sondipon Adhikari, James Watt School of Engineering

Ifølge Adhikari planlegger ingeniørene å fortsette å finpusse sin forståelse av BWT‑design og hvordan de kan skalere teknologien for å levere kraft på tvers av et bredt spekter av anvendelser.

De er også «ivrige» etter å utforske spesialdesignede materialer kalt metamaterialer, som er finjustert for å gi dem egenskaper som ikke finnes i naturen, med hensyn til hvordan de kan «øke BWT‑enes effektivitet i årene som kommer.»

Nye design og materialer for neste generasjons BWT-er

I en annen studie², utført av forskere fra Alexandria University tidligere i år, ble to nye mekanismer introdusert for å designe BWT-er for å håndtere driftsbegrensninger i bladløse vindturbiner, som skapes av låse‑inn‑fenomenet, og begrenser dem til et lite område nær den strukturelle naturlige frekvensen.

De introduserte mekanismene var tuningsmassemekanismen og den elastiske tuningsmekanismen, som muliggjør drift over et bredt vindhastighetsområde fra 2 til 10 m/s.

Studiefunnene avslører også at utnyttelse av mastens ekvivalente masse og polare massemoment av treghet ved den frie enden av den kantileverte bjelken er viktig i design av turbinen og for å sikre at den oppfyller låse‑inn‑betingelser.

Studiets mål er å opprettholde optimal ytelse ved å kontrollere turbinenes naturlige frekvens gjennom implementering av mekanismene.

En matematisk modell ble også bygget for å justere den naturlige frekvensen slik at den matcher avrenningsfrekvensen ved den angitte vindhastigheten. Modellens validering viste høy nøyaktighet.

Den første mekanismen kan oppnå en 99,2 % økning i mekanisk effektivitet ved 7 m/s, men for å oppnå høyere bøynings- eller fleksibilitetsmodulverdier må den andre mekanismen innlemmes for å redusere turbinenes totale størrelse. Den samlede tilnærmingen øker effektiviteten med 55,7 %.

I tillegg til tuningsmekanismer er valg av egnede materialer for turbinenes fleksible komponenter kritisk, ifølge studien, for å sikre tilstrekkelig styrke og ytelse, da de påvirker strukturell stivhet. Dette påvirker strukturell naturlig frekvens, som igjen påvirker all BWT‑ytelse.

Studien rapporterte at karbon- og glassfiber er de beste materialene for å fremstille hovedkomponentene i BWT-er.

De mekaniske egenskapene til komposittmaterialer kan, ifølge studien, kontrolleres ved å endre produksjonsparametere, som antall lag og deres orientering, noe som gjør det mulig å tilpasse styrke, stivhet og andre egenskaper for å møte spesifikke krav i ulike anvendelser.

Selv om teknologien fortsatt er i svært tidlige utviklingsstadier og begrenset til eksperimentelle og laboratorieinnstillinger, har den også begynt å vise tegn på anvendelse i den virkelige verden.

Sent på slutten av fjoråret begynte BMW Group med tester av den bladløse vindenergienheten. Den tyske bilprodusenten installerte bladløse vindenergienheten fra Aeromine Technologies på sin MINI-fabrikk i Oxford.

Denne fabrikken vil fungere som teststed for teknologien, med evaluering av enhetens potensial for å forbedre energieffektiviteten på selskapets anlegg globalt og forretningskomplekser i Storbritannia.

Aeromines vindenergienhet er installert på en bygningskant, vendt mot vinden. Enhetens vertikale luftprofiler, som er som vinger, skaper en vakuumeffekt, og trekker luft bak en intern propell for å generere ren og grønn elektrisitet.

«Vår ‘bevegelsesløse’ vindenergiteknologi er designet for å fungere sømløst sammen med solsystemer, og maksimere fornybar energiproduksjon fra tak samtidig som den bidrar til å løse utfordringer som støy, vibrasjoner og påvirkning på dyrelivet. Vi er begeistret for å se hvordan denne første installasjonen kan føre til bredere anvendelser på BMWs globale fasiliteter.»

– Claus Lønborg, managing director at Aeromine Technologies.

Klikk her for å lære om bevegelsesløs vindenergi 

Investere i vindenergi

I vindenergisektoren er General Electric (GE ) en av de største vindturbinprodusentene gjennom sitt datterselskap GE Vernova (GEV ), et globalt energiselskap som designer, produserer og leverer teknologier for å skape et bærekraftig elektrisk kraftsystem. Dets segmenter inkluderer Power, med fokus på vannkraft, gass, damp og kjernekraft; Wind, som omfatter land- og havbaserte vindturbiner og blader; og Electrification, som dekker kraftkonvertering, nettløsninger, sol og lagringsløsninger.

Selskapet har omtrent 120 gigawatt (GW) installert energi i sin flåte på 57 000 vindturbiner som opererer over 4 milliarder timer verden over.

GE Vernova (GEV ) 

Med en markedsverdi på $132,9 milliarder handles GEV-aksjer for øyeblikket til $486, opp over 48 % år‑til‑dato. Den har en EPS (TTM) på 6,94 og en P/E (TTM) på 70,18, mens utbytteavkastningen er 0,21 %.

I april rapporterte selskapet sine finansresultater for første kvartal 2025, som viste en omsetning på $8 milliarder, et nettoresultat på $0,3 milliarder, og $1,2 milliarder i kontanter fra driftsaktiviteter. GE Vernova rapporterte også en 8 % økning i ordre til $10,2 milliarder.

Kontantbeholdningen ved kvartalets slutt var $8,1 milliarder. Samtidig ble $1,3 milliarder returnert til aksjonærene.

«Vi leverte sterke resultater i første kvartal og våre virksomheter fortsatte å levere godt. Vi økte vår ordre- og tjenestebaklog, forbedret marginene betydelig i hvert segment, og returnerer en betydelig mengde kapital til aksjonærene. Jeg er spent på hva som ligger foran oss, da vi bare er i begynnelsen av elektrisitets‑investerings‑superkretsen.»

– CEO Scott Strazik

Vindvirksomheten til GE Vernova viste imidlertid en blandet ytelse ettersom den møter utfordringer innen havvind, mens landvindaktiviteten registrerer vekst.

Som et resultat økte leveransen på land, støttet av forbedrede priser, mens offshore-driften opplevde en kontraksjon. Men selv om vindsegmentet fortsatt gikk med tap, viser det tegn til forbedring.

GE Vernova’s vindforretningsordre beløp seg til $0,6 milliarder, mens inntektene var $1,8 milliarder. Selskapet investerte også over $100 millioner i perioden for å forbedre flåtenes ytelse.

Forrige måned kunngjorde GE Vernova at de nå utnytter kraften fra robotikk og AI for å inspisere kvaliteten på hvert blad de produserer, samt kvaliteten på råmaterialer før modellering og montering. På lang sikt forventes den AI‑aktiverte kvalitetskapasiteten å forbedre levetiden til kritiske komponenter og dermed forlenge levetiden til turbinene.

Siste nyheter og utviklinger for GE Vernova (GEV) aksjer

Avsluttende tanker: Er bladløse vindturbiner fremtiden?

Konvensjonelle vindturbiner er essensielle for effektiv utnyttelse av vindenergi, men de har noen alvorlige, iboende ulemper, som høye startkostnader, støymessig forurensning, regelmessig vedlikehold, visuell og miljømessig påvirkning, byggebegrensninger i urbane områder, og effektiv drift kun ved høye vindhastigheter.

Alle disse faktorene har drevet utviklingen av alternative teknologier, med bladløse vindturbiner (BWT) som representerer et fremvoksende og spennende nytt kapittel innen fornybar energiteknologi.

I BWT-er genererer vindens bevegelse virvler, som får hele strukturen til å oscillerer, og når svai‑bevegelsen matcher strukturell resonansfrekvens, forsterkes bevegelsen dramatisk. Denne forsterkede bevegelsen eller vibrasjonen konverteres deretter til elektrisitet. Selv om teknologien er kraftig, er den fortsatt i de tidlige utviklingsstadiene.

Med forskere som optimaliserer design som kan oppnå høyere utbytte og større strukturell integritet, kan BWT-er endelig bli verdifulle tillegg til energporteføljer.

Etter hvert som etterspørselen etter ren energi fortsetter å øke og pågående forskning hjelper med å skalere innovasjonen til kommersielt levedyktige løsninger, vil vi kunne akselerere vår vei mot en netto‑null fremtid.

Klikk her for en liste over de beste vindenergiasjene.

Studier referert:

1. Breen, J.; Mallik, W.; Adhikari, S. Performance Analysis and Geometric Optimization of Bladeless Wind Turbines Using Wake Oscillator Model. Renew. Energy 2025, 215, 123549. https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.123549

2. Mohamed, Z.; Soliman, M.; Feteha, M.; et al. A Novel Optimal Design Approach for Bladeless Wind Turbines Considering Mechanical Properties of Composite Materials Used. Sci. Rep. 2025, 15, 1355. https://doi.org/10.1038/s41598-024-82385-9