Bladløse Vindmøller: Fremtiden for Ren Energi

Forskere fra University of Glasgow arbeider aktivt med å øke kraften til bladløse vindmøller (BWTs). For dette formålet gir de insights derived from computer simulations¹ av disse møllene, og identifiserer de mest effektive designene for fremtidige modeller.

Forskerne sa:

“Funnene kunne hjelpe fornybarindustrien å ta BWTs, som fortsatt er i en tidlig fase av forskning og utvikling, fra småskalafeltforsøk til praktiske former for kraftgenerering for nasjonale strømnetter.” 

Bladløse vindmøller er en utviklingsform for vindkraftgenerering som i hovedsak undersøkes av forskere. Men de fanger raskt oppmerksomhet, og markedet vokser like raskt.

I 2022 var den globale bladløse vindmøllemarkedstørrelsen på omkring $60.5 billion og forventes å overstige $116 milliarder i 2030, drevet av den økende etterspørselen etter fornybar energi over hele verden.

I motsetning til vanlige vindmøller er bladløse vindmøller (BWTs) stille og tar opp mindre plass. De tilpasser seg også raskere til endringer i vindretning, noe som gjør dem svært nyttige i urbane områder med turbulent vind.

En annen stor fordel med BWTs er at de reduserer miljøpåvirkningen, spesielt når det gjelder dyreliv. For fugler øker turbiner med blader risikoen for kollisjoner, siden raskt roterende blader i turbiner kan se ut som en uskarphet eller være usynlige helt. Bladløse turbiner beveger seg betydelig mindre, noe som gjør det lettere for dyr som fugler å unngå dem.

Den lave vekten og lavere tyngdepunktet til BWTs reduserer samtidig behovet for grunnmur, noe som forenkler installeringen av bladløse turbiner.

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

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

Hva er bladløse vindmøller og hvordan fungerer de?

Fornybar energi er nøkkel til å gå over til mindre karbonintensive og mer bærekraftige energisystemer, og den er avledet fra naturlige ressurser som fornybar seg selv.

Fornybar energikilder inkluderer vind, sollys, regn, bølger, tidevann, termisk energi og biomasse. Disse ressursene er kritiske ikke bare for å redusere vår avhengighet av fossile brennstoff, men også for å mildne klimaendringene.

Blant fornybar energikilder er vindkraft en raskt voksende kilde. I 2024 leverte fornybar energi og kjerneenergi sammen nesten 41 % av verdens strømproduksjon. Blant fornybar energikilder hadde sol den største bidraget, fulgt av vindkraft, som økte til 8.1% av global strøm.

Ifølge Den internasjonale energibyrået (IEA) forventes solceller og vind å stå for 95% av alle fornybar kapacitetsøkninger frem til 2030.

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

Over de siste to tiårene har aeroelastisk energihøsting fått mye oppmerksomhet, med særlig fokus på vortexindusert vibrasjon (VIV) av bluff-kropper som er sylindriske i form. VIV-teknologi har fanget betydelig interesse, noe som har ført til mange numeriske modeller og eksperimentelle studier.

Vortexindusert vibrasjon drives av den alternative avleggelsen av virvler fra hver side av bluff-kropper. Dette fører til regelmessige løfte- og draftkrefter samt store tverrstrømningsoscillasjoner i strukturer.

Når frekvensen til vortexavleggelse matcher den naturlige frekvensen til strukturen, fører det til ustabil bevegelse og oscillasjoner av svært stor amplitude. Dette beteende er godt kjent som låsinn-fenomenet.

En innovativ konsept for å utnytte vindenergi ved å dra nytte av strukturers høyamplitudsoscillasjoner i nærvær av VIV og låsinn er bladløse vindmøller (BWT).

En BWT oppfører seg effektivt som en bluff-kropp som plasseres i en fluidstrøm som skaper virvler ved å initiere strømskillinger fra overflaten. På denne måten viser BWT enormt potensial for kraftutgang innenfor et bestemt område av vindhastigheter. Som sådan kan design av bladløse turbiner med sterkere oscillasjonsmagnitude øke deres kraftutgang samt området av operativ vindhastighet samtidig.

Gitt BWTs potensial i å utnytte fornybar energi, gjøres forsøk på å utnytte VIV for elektrisitetsgenerering på små skalaer, fra 1 til 100 W.

Studier er også blitt gjennomført for å vurdere forholdet mellom kraftutgangen til BWT og designvariabler som mastlengde, vekt og vindhastighet. I tillegg utforskes BWTs operasjonelle vindhastighetsområde gjennom et stemmesystem. Men vi har fortsatt ikke fått klarhet om effektiviteten til bladløse vindmøller.

Siden vind ikke er en begrenset ressurs, er det viktig å bestemme om maksimal effektivitet resulterer i maksimal BWT-kraftutgang.

Men det er ikke ennå kjent om utgangskraften kan økes for konstant innputt av vindkraft. Og det er en mangel på fluid-struktur-interaksjonsmodellering av bladløse vindmøller, som kan brukes lett til å utforske disse møllenes parametre og få svar på deres effektivitet.

Derfor har den siste studien fra University of Glasgow-forskere som mål å hjelpe med å akselerere pågående initiativer i å skalerer opp eksisterende BWT-modeller, som for øyeblikket er småskala, for større skala-applikasjoner på offshore-steder.

Dette forskningsarbeidet behandler spørsmål om bladløse vindmøllers effektivitet og kraftutgang ved å utvikle en enkel numerisk modell for å undersøke den fysiske mekanismen til VIVs på grunn av BWTs. Forskerne har gitt en omfattende analytisk ramme, som behandler den kritiske utfordringen med å optimalisere BWTs for maksimal kraftutvinning samtidig som de opprettholder strukturell integritet.

Kan bladløse vindmøller konkurrere med tradisjonelle?

Konvensjonelle vindmøller med blader har vært en populær måte å konvertere vind til elektrisitet i lang tid nå. Disse møllene konverterer direkte den kinetiske energien til vind til rotasjonsbevegelse av bladene, som deretter driver en generator for å produsere elektrisitet.

Bladløse vindmøller, eller BWTs, fungerer på en annen prinsipp enn bladeturbiner. Kjerneprinsippet her er VIV, og i stedet for blader bruker disse møllene høye, slanke, sylindriske master som vibrer eller svinger i vinden.

For å bygge bladløse vindmøller (BWTs) for maksimal effektivitet, kjørte forskerlaget fra University of Glasgow simuleringsmodeller av BWT-design i løpet av tusenvis.

Dette tillot dem å finne det mest optimale punktet som maksimerer kraftgenerering uten å negativt påvirke styrken til strukturen. Ifølge Dr. Wrik Mallik, fra James Watt School of Engineering:

“Hva denne studien viser for første gang er at, motsatt til forventning, er strukturen med den høyeste effektiviteten for å hente ut energi ikke i virkeligheten strukturen som gir den høyeste kraftutgangen. I stedet har vi identifisert det ideelle midtpunktet mellom designvariablene for å maksimere evnen til BWTs til å generere kraft samtidig som de opprettholder deres strukturelle styrke.”

Funnene fra studien gir innsikt i hvordan dimensjonene til masten, inkludert bredden og høyden, påvirker ikke bare mengden av kraft som produseres, men også den strukturelle integriteten til disse møllene.

Dette avdekket en kompromiss som ikke var kjent tidligere, som er at mens økning av mastens diameter forbedrer effektivitet og kraftutvinning begge, oppnås topp-effektivitet på 6% og maksimal kraft på 600 watt gjennom distinkte geometriske konfigurasjoner.

Men konfigurasjoner som er optimert bare for kraftutgang tenderer til å overstige strukturelle sikkerhetsgrenser, mens de som maksimerer effektivitet gir underoptimal kraftgenerering.

Så det ideelle designet er en 31,4-tommers eller 80-sentimeters mast med en diameter på 25,4 tommer eller 65 centimeter, ifølge studiefunnene publisert i Renewable Energy.

Slik en optimal balanse av kraft og styrke er i stand til å levere trygt 460 watt med kraft, en ytelse bedre enn nåværende realverden-prototyper som maksimerer på rundt 100 watt.

“I fremtiden kan BWTs spille en uvurderlig rolle i å generere vindkraft i urbane miljøer, hvor konvensjonelle vindmøller er mindre nyttige.”

– Dr. Malik

Studiefunnene kan spille en viktig rolle i å sikre strukturens sikkerhet i vind i området 20 til 70 miles per time (mph). Ifølge forskerne kan deres metode muliggjøre skaleringen av bladløse vindmøller for å generere 1 000 watt (1 kilowatt) eller mer.

Med denne forskningen er ideen å oppmuntre industrien til å utvikle nye prototyper av bladløse vindmøller (BWTs) ved å demonstrere det mest effektive designet for BWTs.

“Fjerning av en del av gjettingen involvert i å forbedre prototyper kunne hjelpe med å bringe BWTs nærmere å bli en mer nyttig del av verdens verktøykasse for å oppnå nullutslipp gjennom fornybar energi.” 

– Professor Sondipon Adhikari, James Watt School of Engineering

Ifølge Adhikari planlegger ingeniørene å fortsette å forbedre sin forståelse av BWT-design og hvordan de kan skalerer teknologien for å levere kraft over et bredt spekter av applikasjoner.

De er også “ivrig” etter å utforske spesielt designet materialer kalt metamaterialer, som er finjustert for å gi dem egenskaper som ikke finnes i naturen, i forhold til hvordan de kan “forbedre BWTs effektivitet i årene som kommer”.

Nye design og materialer for neste generasjons BWTs

I en annen studie², denne gang gjennomført av forskere fra Alexandria University tidligere i år, ble to nye mekanismer introdusert for å designe BWTs for å løse operasjonelle begrensninger av bladløse vindmøller, som er skapt av låsinn-fenomenet, som begrenser dem til et lite område nær den strukturelle naturlige frekvensen.

Mekanismene som ble introdusert var tuning-masse-mekanismen og den elastiske tuning-mekanismen, som muliggjør operasjon over et bredt vindhastighetsområde fra 2 til 10 m/s.

Studiefunnene avdekket også at bruk av mastens enhetlige masse og polar masse-moment om inertia ved den frie enden av cantilever-bjelken er viktig i å designe turbinen og sikre at den møter låsinn-betingelser.

Studiens mål er å opprettholde den ideelle ytelsen ved å kontrollere den naturlige frekvensen til turbinen gjennom implementeringen av mekanismene.

En matematisk modell ble også bygget for å justere den naturlige frekvensen for å matche avleggingsfrekvensen ved den spesifiserte vindhastigheten. Modellens validering viste høy nøyaktighet.

Den første mekanismen kan oppnå en 99,2% økning i mekanisk effektivitet på 7 m/s, men for å få høyere felting- eller bøyemodul-verdier må den andre mekanismen inkorporeres for å kutte ned den totale størrelsen på turbinen. Den forente tilnærmingen forbedrer effektiviteten med 55,7%.

Foruten tuning-mekanismer er valg av egnet materiale for de fleksible komponentene til turbinen kritisk, ifølge studien, for å sikre tilstrekkelig styrke og ytelse, da de påvirker strukturens totale stifthet. Dette påvirker igjen strukturens naturlige frekvens, og dermed BWTs ytelse.

Studien rapporterte karbon- og glassfiber som de beste materialene for å fabrikere hovedkomponentene til BWTs.

De mekaniske egenskapene til komposittmaterialer, noterte studien videre, kan kontrolleres ved å endre deres fabrikasjonsparametre, som antall lag og deres orientering, noe som tillater tilpasning av styrke, stifthet og andre egenskaper for å møte bestemte krav for ulike applikasjoner.

Selv om teknologien fortsatt er i sin meget tidlige utviklingsfase og begrenset til eksperimentelle og laboratoriemiljøer, har den også begynt å vise tegn på virkelige anvendelser.

Tidligere i år begynte BMW Group forsøk med den bladløse vindenergienheten. Den tyske bilprodusenten installerte den bladløse vindenergienheten fra Aeromine Technologies på deres MINI-fabrikk i Oxford.

Denne fabrikken vil fungere som en testside for teknologien, inkludert evaluering av enhetens potensiale for å forbedre energi-effektiviteten på selskapets steder over hele verden og forretningskomplekser i Storbritannia.

Aeromines vindenergienhet er installert på en bygningens kant, rettet mot vinden. Enhetens vertikale luftfoiler, som er som vinger, skaper en vakuum-effekt, og trekker ut luft bak en intern propell for å generere ren og grønn elektrisitet.

“Vår ‘bevegelsesløse’ vindenergiteknologi er designet for å fungere sammen med solsystemer, maksimerer den fornybare energi-utgangen fra tak mens den hjelper med å løse utfordringer som støy, vibrasjoner og dyrepåvirkning. Vi er spente på å se hvordan denne første installasjonen kan føre til bredere anvendelser over hele BMWs globale fasiliteter.”

– Claus Lønborg, managing director at Aeromine Technologies.

Klikk her for å lære om bevegelsesløs vindenergi 

Investering i vindenergi

I vindenergisektoren er General Electric (GE ) en av de største vindturbinprodusentene gjennom datterselskapet 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 hydro, gass, damp og kjerneenergi; Wind, som omfatter land- og havvindturbiner og blader; og Electrification, som dekker kraftomforming, nett-løsninger, solenergi og lagringsløsninger.

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

GE Vernova (GEV ) 

Med en markedskapital på 132,9 milliarder dollar, handler GEV-aksjer nå på 486 dollar, opp over 48% siden årsskiftet. Det har en EPS (TTM) på 6,94 og en P/E (TTM) på 70,18, mens utbytteandelen som tilbys er 0,21%.

I april rapporterte selskapet sine første kvartalsresultater for 2025, som avdekket en omsetning på 8 milliarder dollar, et nettoresultat på 0,3 milliarder dollar og 1,2 milliarder dollar i kontantstrøm fra driftsaktiviteter. GE Vernova rapporterte også en økning på 8% i ordrer til 10,2 milliarder dollar.

Kontantbalansen ved kvartalsslutt var 8,1 milliarder dollar. I mellomtiden ble 1,3 milliarder dollar returnert til aksjonærene.

“Vi leverte sterke resultater i første kvartal, og våre forretninger fortsatte å fungere godt. Vi økte vår utstyr- og tjeneste-ordrebok, forbedret betydelig marginaler i hvert segment og returnerte en betydelig mengde kapital til aksjonærene. Jeg er spente på hva som kommer neste.”

– CEO Scott Strazik

GE Vernovas vindforretning viste en blandet ytelse, da den møter utfordringer i havvind, mens landvindaktiviteten viser vekst.

Som resultat økte landvind-leveringen, støttet av forbedret prising, mens deres havvind-operasjoner opplevde kontraksjon. Men mens vindsegmentet fortsatt var tapbringende, viser det tegn på forbedring.

GE Vernovas vindforretning hadde ordrer på 0,6 milliarder dollar, mens omsetningen var 1,8 milliarder dollar. Selskapet investerte også over 100 millioner dollar i løpet av perioden for å forbedre ytelsen til sin flåte.

Forrige måned kunngjorde GE Vernova at de nå utnytter kraften til robotikk og kunstig intelligens for å inspisere kvaliteten på hver blad de produserer, samt kvaliteten på råmaterialer før modellering og montering. På lang sikt forventes den kunstig intelligens-drevne kvalitetsfunksjonen å forbedre levetiden til kritiske komponenter og, dermed, levetiden til turbinene.

Seneste GE Vernova (GEV) aksjenyheter og utviklinger

Slutt-tanker: Er bladløse vindmøller fremtiden?

Konvensjonelle vindmøller er essensielle for effektiv innhøsting av vindenergi, men de har noen alvorlige, innebygde ulemper, som høye initielle kostnader, støyforurensning, regelmessig vedlikehold, visuelle og miljømessige påvirkninger, byggebegrensninger i urbane områder og effektiv drift bare ved høye vindhastigheter.

Alle disse faktorene har drevet utviklingen av alternative teknologier, med bladløse vindmøller (BWTs) som representerer et nytt og spennende kapittel i fornybar energiteknologi.

I BWTs genererer vindbevegelsen virvler, som får hele strukturen til å oscillerer, og når svingningsbevegelsen matcher den naturlige vibrasjonsfrekvensen til strukturen, forsterkes bevegelsen dramatisk. Denne forsterkede bevegelsen eller vibrasjonen konverteres deretter til elektrisitet. Selv om teknologien er kraftig, er den fortsatt i sine tidlige utviklingsfaser.

Med forskere som optimaliserer design som kan oppnå høyere utgang og større strukturell integritet, kan BWTs endelig bli verdifulle tillegg til energi-porteføljer.

Ettersom etterspørselen etter ren energi fortsatt øker og pågående forskning hjelper med å skalerer innovasjonen til kommersielt gjennomførbare løsninger, kan vi akselerere vår reise mot en nullutslipps-fremtid.

Klikk her for en liste over topp vindenergi-aksjer.

Studier referert til:

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