Bladlösa vindkraftverk: Framtiden för ren energi

Forskare från University of Glasgow utforskar aktivt sätt att öka kraften hos bladlösa vindkraftverk (BWTs). För detta tillhandahåller de insikter hämtade från datorsimuleringar¹ av dessa turbiner, och identifierar de mest effektiva designerna för framtida modeller.

The researchers said:

“Resultaten kan hjälpa förnybara energiindustrin att ta BWTs, som fortfarande befinner sig i ett tidigt forsknings‑ och utvecklingsstadium, från småskaliga fältförsök till praktiska former av kraftgenerering för nationella elnät.”

Bladlösa vindkraftverk är en utvecklande form av vindkraftgenereringsmetod som främst undersöks av forskare. De får dock snabbt uppmärksamhet, och deras marknad växer lika snabbt.

År 2022 värderades den globala marknaden för bladlösa vindkraftverk till cirka $60,5 miljarder och förväntas överstiga $116 miljarder år 2030, drivet av den ökande efterfrågan på förnybar energi världen över.

Till skillnad från vanliga vindkraftverk är bladlösa vindkraftverk (BWTs) tystare och tar upp mindre utrymme. De anpassar sig också snabbare till förändringar i vindriktning, vilket gör dem mycket användbara i urbana miljöer med turbulent vind.

En annan stor fördel med BWTs är att de minskar den miljömässiga påverkan, särskilt för djurlivet. För fåglar ökar turbiner med blad risken för kollisioner eftersom de snabbrörliga bladen kan bli ett suddigt eller helt osynligt hinder. Bladlösa turbiner rör sig avsevärt mindre, vilket gör att djur som fåglar lättare kan undvika dem.

Den låga vikten och det lägre tyngdpunkten hos BWTs minskar samtidigt behovet av en tung grund, vilket förenklar installationen av bladlösa turbiner.

Den enklare konstruktionen av dessa turbiner kräver också mindre underhåll än vanliga turbiner, vilket i sin tur ökar deras livslängd.

Klicka här för att lära dig om vindenergi verkligen kan driva världen.

Vad är bladlösa vindkraftverk och hur fungerar de?

Förnybar energi, som härrör från naturliga resurser som återfylls, är nyckeln till övergången till mindre koldioxidintensiva och mer hållbara energisystem.

Förnybara energikällor inkluderar vind, solljus, regn, vågor, tidvatten, termisk energi och biomassa. Dessa resurser är kritiska både för att minska vårt beroende av fossila bränslen och för att motverka klimatförändringarna.

Bland förnybara energikällor växer vindenergi snabbt. År 2024 bidrog förnybar energi och kärnkraft tillsammans med nästan 41 % av världens elproduktion. Bland förnybara källor hade sol den största andelen, följt av vindkraft, som ökade till 8,1 % av den globala elen.

Enligt International Energy Agency (IEA) förväntas sol‑PV och vind stå för 95 % av alla tillägg av förnybar kapacitet fram till 2030.

För att utnyttja vindenergi används vanligtvis vindkraftverk som omvandlar vindens mekaniska energi till elektrisk kraft. Ett alternativt sätt att utnyttja vindenergi är genom energihöjningsdesigner baserade på aeroelastisk vibration av flexibla strukturer.

Under de senaste decennierna har aeroelastisk energihämtning fått stor uppmärksamhet, med särskilt fokus på vortex‑inducerad vibration (VIV) av cylindriska bluffkroppar. VIV‑teknik har lockat betydande intresse, vilket lett till olika numeriska modeller och experimentell forskning.

Vortex‑inducerad vibration drivs av alternerande avlägsnande av virvlar från båda sidor av bluffkroppar. Detta ger regelbundna lyft‑ och dragkrafter samt stora tvärflödesoscillationer i strukturer.

När frekvensen för vortexavlägsnande matchar strukturell naturlig frekvens uppstår instabil rörelse och oscillationer med mycket stor amplitud. Detta fenomen är känt som lås‑in‑fenomenet.

Ett innovativt koncept för att utnyttja vindenergi genom att utnyttja strukturers högamplitudsoscillationer i närvaro av VIV och lås‑in är bladlösa vindkraftverk (BWT).

En BWT beter sig i praktiken som en bluffkropp placerad i ett fluidflöde som skapar virvlar genom att initiera flödesseparation från dess yta. På så sätt visar BWT stor potential för effektuttag inom ett specifikt vindhastighetsintervall. Därför kan konstruktion av bladlösa turbiner med starkare oscillationsamplitud öka både effektuttaget och det operativa vindhastighetsintervallet samtidigt.

Med BWT‑s potential att utvinna förnybar energi görs ansträngningar för att utnyttja VIV för elproduktion på små effektutgångsnivåer, från 1 till 100 W.

Studier har också genomförts för att utvärdera sambandet mellan BWT‑s effektuttag och designvariabler som mastlängd, vikt och vindhastighet. Dessutom utforskar forskningen BWT‑s operativa vindhastighetsintervall genom ett avstämningssystem. Men vi har ännu inte klarhet kring bladlösa vindkraftverks effektivitet.

Eftersom vinden inte är en ändlig resurs är det viktigt att avgöra om maximal effektivitet ger maximal BWT‑effekt.

Det är dock ännu inte känt om effektuttaget kan förbättras för konstant insatsvind. Dessutom finns en brist på fluid‑struktur‑interaktionsmodeller för bladlösa vindkraftverk, som enkelt kan användas för att utforska dessa turbineras parametrar och besvara frågor om deras effektivitet.

Därför syftar den senaste studien av forskare vid University of Glasgow till att påskynda pågående initiativ för att skala upp befintliga BWT‑modeller, som för närvarande är småskaliga, till större tillämpningar på havsbaserade platser.

Denna forskning adresserar frågor om bladlösa vindkraftverks effektivitet och effektuttag genom att utveckla en enkel numerisk modell för att undersöka den fysiska mekanismen bakom VIV‑er i BWTs. Forskarna har tillhandahållit ett omfattande analytiskt ramverk som tacklar den kritiska utmaningen att optimera BWTs för maximal effektutvinning samtidigt som strukturell integritet bevaras.

Kan bladlösa vindkraftverk konkurrera med traditionella?

Konventionella vindkraftverk med blad har länge varit ett populärt sätt att omvandla vind till elektricitet. Dessa turbiner omvandlar direkt vindens kinetiska energi till roterande bladrörelse, som sedan driver en generator för att producera el.

Bladlösa vindkraftverk, eller BWTs, fungerar på ett annat princip än bladturbiner. Kärnprincipen här är VIV, och istället för blad använder dessa turbiner långa, smala, cylindriska master som vibrerar eller svajar i vinden.

För att bygga bladlösa vindkraftverk (BWTs) med maximal effektivitet körde forskarteamet från University of Glasgow simuleringar av BWT‑designer i tusental.

Detta gjorde det möjligt för dem att hitta den mest optimala punkten som maximerar effektuttaget utan att negativt påverka strukturs styrka. Enligt Dr. Wrik Mallik, från James Watt School of Engineering:

“Vad denna studie visar för första gången är att, paradoxalt nog, strukturen med högst effektivitet för energiextraktion faktiskt inte är den som ger högst effektuttag. Istället har vi identifierat den ideala mittpunkten mellan designvariablerna för att maximera BWT‑s förmåga att generera kraft samtidigt som deras strukturella styrka bevaras.”

Studiens resultat ger insikt i hur mastens dimensioner, inklusive bredd och höjd, påverkar både mängden producerad kraft och turbinenas strukturella integritet.

Detta avslöjade ett avvägning som tidigare var okänd: att öka mastens diameter förbättrar både effektivitet och kraftutvinning, men den maximala effektiviteten på 6 % och maximal effekt på 600 W uppnås genom olika geometriska konfigurationer.

Dock tenderar konfigurationer som är optimerade enbart för effektuttag att överskrida strukturella säkerhetsgränser, medan de som maximerar effektivitet ger suboptimalt effektuttag.

Således är den ideala designen en mast på 31,4 tum eller 80 centimeter med en diameter på 25,4 tum eller 65 centimeter, enligt studiens resultat publicerade i Renewable Energy.

En sådan optimal balans mellan kraft och hållfasthet kan säkert leverera imponerande 460 W, en prestanda som överträffar nuvarande prototyper i verkligheten som maxar runt 100 W.

“I framtiden kan BWTs spela en ovärderlig roll i att generera vindkraft i urbana miljöer, där konventionella vindkraftverk är mindre användbara.”

– Dr. Malik

Studiefynden kan spela en viktig roll för att säkerställa struktursäkerhet i vindar mellan 20 och 70 miles per hour (mph). Enligt forskarna kan deras metodik möjliggöra skalning av bladlösa vindkraftverk för att generera 1 000 W (1 kW) eller mer.

Med denna forskning är målet att uppmuntra industrin att utveckla nya prototyper av bladlösa vindkraftverk (BWTs) genom att tydligt demonstrera den mest effektiva designen för BWTs.

“Att ta bort en del av gissningsarbetet i förfinandet av prototyper kan hjälpa BWTs att närma sig att bli en mer användbar del av världens verktygslåda för att uppnå nettonoll genom förnybar energi.”

– Professor Sondipon Adhikari, James Watt School of Engineering

Enligt Adhikari planerar ingenjörerna att fortsätta förfina sin förståelse av BWT‑design och hur de kan skala teknologin för att leverera kraft över ett brett spektrum av tillämpningar.

De är också “entusiastiska” över att utforska speciellt designade material kallade metamaterial, som är finjusterade för att ge egenskaper som inte finns i naturen, för att “öka BWT‑s effektivitet under de kommande åren.”

Nya designer och material för nästa generations BWTs

I en annan studie², genomförd av forskare från Alexandria University tidigare i år, introducerades två nya mekanismer för att designa BWTs för att hantera operativa begränsningar av bladlösa vindkraftverk, som skapas av lås‑in‑fenomenet och begränsar dem till ett litet intervall nära strukturell naturlig frekvens.

De introducerade mekanismerna var avstämningsmassmekanismen och den elastiska avstämningsmekanismen, vilket möjliggör drift över ett brett vindhastighetsintervall från 2 till 10 m/s.

Studiefynden visar också att utnyttjandet av mastens ekvivalenta massa och polära tröghetsmoment vid den fria änden av den kantade balken är viktigt för att designa turbinen och säkerställa att den uppfyller lås‑in‑villkor.

Studiets mål är att bibehålla optimal prestanda genom att kontrollera turbinenas naturliga frekvens via implementeringen av mekanismerna.

En matematisk modell byggdes också för att justera den naturliga frekvensen så att den matchar avlägsningsfrekvensen vid den specificerade vindhastigheten. Modellens validering visade hög noggrannhet.

Den första mekanismen kan uppnå en 99,2 % ökning i mekanisk effektivitet vid 7 m/s, men för att få högre böjnings- eller böjmodulvärden måste den andra mekanismen införlivas för att minska turbinenas totala storlek. Den förenade metoden förbättrar effektiviteten med 55,7 %.

Förutom avstämningsmekanismer är valet av lämpliga material för turbinenas flexibla komponenter kritiskt, enligt studien, för att säkerställa tillräcklig styrka och prestanda, eftersom de påverkar strukturell styvhet. Detta påverkar i sin tur den naturliga frekvensen, vilket påverkar all BWT‑prestanda.

Studien rapporterade att kolfiber och glasfiber är de bästa materialen för att tillverka huvudkomponenterna i BWTs.

De mekaniska egenskaperna hos kompositmaterial kan, enligt studien, kontrolleras genom att ändra tillverkningsparametrar, såsom antal lager och deras orientering, vilket möjliggör anpassning av styrka, styvhet och andra egenskaper för att möta specifika krav för olika tillämpningar.

Trots att teknologin fortfarande befinner sig i ett mycket tidigt utvecklingsstadium och är begränsad till experimentella och laboratorieinställningar, har den också börjat visa tecken på verkliga tillämpningar.

Sent förra året påbörjade BMW Group provningar av den bladlösa vindenergi‑enheten. Den tyska biltillverkaren installerade den bladlösa vindenergi‑enheten från Aeromine Technologies vid sin MINI‑tillverkningsanläggning i Oxford.

Denna fabrik kommer att fungera som en testplats för teknologin, med utvärdering av enhetens potential att förbättra energieffektiviteten på företagets anläggningar världen över samt affärskomplex i Storbritannien.

Aeromines vindenergi‑enhet är installerad på en byggnads kant, riktad mot vinden. Enhetens vertikala luftprofiler, som liknar vingar, skapar en vakuumeffekt och extraherar luft bakom en intern propeller för att generera ren och grön elektricitet.

“Vår ‘rörelselösa’ vindenergi‑teknik är designad för att fungera sömlöst tillsammans med solsystem, maximera förnybar energiproduktion från tak samtidigt som vi adresserar utmaningar som buller, vibrationer och påverkan på djurlivet. Vi är glada över att se hur denna initiala installation kan leda till bredare tillämpningar över BMW:s globala anläggningar.”

– Claus Lønborg, verkställande direktör på Aeromine Technologies.

Klicka här för att lära dig om rörelselös vindenergi

Investering i vindenergi

Inom vindenergisektorn är General Electric (GE.TO ) (GE ) en av de största tillverkarna av vindkraftverk via sitt dotterbolag GE Vernova (GEV ), ett globalt energiföretag som designar, tillverkar och levererar teknologier för att skapa ett hållbart elektriskt kraftsystem. Dess segment inkluderar Power, med fokus på vattenkraft, gas, ånga och kärnkraft; Wind, som omfattar land- och havsbaserade vindkraftverk och blad; samt Electrification, som täcker kraftomvandling, nätlösningar, sol och lagringslösningar.

Företaget har cirka 120 gigawatt (GW) installerad energi i sin flotta av 57 000 vindkraftverk som opererar över 4 miljarder timmar världen över.

GE Vernova (GEV ) 

Med ett börsvärde på $132,9 miljarder handlas GEV‑aktier för närvarande till $486, upp över 48 % år‑till‑dag. Företaget har ett EPS (TTM) på 6,94 och ett P/E (TTM) på 70,18 medan utdelningsavkastningen är 0,21 %.

I april rapporterade företaget sina finansiella resultat för första kvartalet 2025, vilket visade en omsättning på $8 miljarder, en nettoinkomst på $0,3 miljarder och $1,2 miljarder i kassaflöde från den löpande verksamheten. GE Vernova rapporterade också en 8 % ökning i order till $10,2 miljarder.

Kassabalansen vid kvartalets slut var $8,1 miljarder. Samtidigt återbetalades $1,3 miljarder till aktieägarna.

“Vi levererade starka resultat under första kvartalet och våra affärsområden fortsatte att leverera väl. Vi ökade vår utrustnings‑ och tjänstebacklog, förbättrade marginalerna i varje segment avsevärt, och återbetalar en betydande mängd kapital till aktieägarna. Jag ser fram emot framtiden då vi bara är i början av el‑investerings‑supercykeln.”

– VD Scott Strazik

GE Vernovas vindverksamhet visade dock en blandad prestation då den möter utmaningar inom havsbaserad vind medan landbaserad vindaktivitet registrerar tillväxt.

Som ett resultat ökade leveranserna på land, stödda av förbättrade priser, medan offshore‑verksamheten upplevde en kontraktion. Trots att vindsegmentet fortfarande gick med förlust visar det tecken på förbättring.

GE Vernovas vindorder uppgick till $0,6 miljarder, medan omsättningen var $1,8 miljarder. Företaget investerade också över $100 miljoner under perioden för att förbättra sin flotta.

Förra månaden meddelade GE Vernova att de nu utnyttjar robotik och AI för att inspektera kvaliteten på varje blad de tillverkar, samt råmaterialens kvalitet innan modellering och montering. På lång sikt förväntas den AI‑stödda kvalitetskapaciteten förbättra livslängden för kritiska komponenter och därmed förlänga turbinerna.

Senaste nyheter och utvecklingar för GE Vernova (GEV) aktie

Slutord: Är bladlösa vindkraftverk framtiden?

Konventionella vindkraftverk är avgörande för effektiv fångst av vindenergi, men de har allvarliga inneboende nackdelar, såsom höga initiala kostnader, buller, regelbundet underhåll, visuella och miljömässiga påverkan, byggnadsbegränsningar i urbana områden och effektiv drift endast vid höga vindhastigheter.

Alla dessa faktorer har drivit utvecklingen av alternativa teknologier, där bladlösa vindkraftverk (BWTs) representerar ett framväxande och spännande nytt kapitel inom förnybar energiteknik.

I BWTs genererar vindens rörelse virvlar som får hela strukturen att oscillera, och när svängningsrörelsen matchar strukturell naturlig vibrationsfrekvens förstärks rörelsen dramatiskt. Den förstärkta rörelsen eller vibrationerna omvandlas sedan till elektricitet. Trots sin kraft är tekniken fortfarande i ett tidigt utvecklingsstadium.

Med forskare som optimerar designer som kan uppnå högre effektuttag och större strukturell integritet kan BWTs slutligen bli värdefulla tillskott till energportföljer.

När efterfrågan på ren energi fortsätter att öka och pågående forskning hjälper till att skala innovationen till kommersiellt livskraftiga lösningar, kommer vi kunna påskynda vår resa mot en nettonollframtid.

Klicka här för en lista över de bästa vindenergi‑aktierna.

Studier som refereras:

1. Breen, J.; Mallik, W.; Adhikari, S. Prestandaanalys och geometrisk optimering av bladlösa vindkraftverk med hjälp av Wake Oscillator‑modell. 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 designmetod för bladlösa vindkraftverk med beaktande av mekaniska egenskaper hos använda kompositmaterial. Sci. Rep. 2025, 15, 1355. https://doi.org/10.1038/s41598-024-82385-9