Vindkraft utan stora rotorblad utmanar konventionerna

Vind förknippas med rörelse. Men går det att utvinna vindenergi utan de stora roterande rotorblad som vi brukar förknippa med vindkraftverk?

Det är idén bakom flera nya lösningar. De fångar vindens energi utan stora yttre rotorblad, men använder fortfarande rörelse: exempelvis en svängande mast eller en inbyggd rotor.

För att bedöma innovationerna behöver vi också förstå begränsningarna hos traditionell vindkraft.Medan vindkraftverk producerar ren, förnybar energi, är de inte utan nackdelar. Vindkraft är exempelvis mindre ekonomiskt attraktiv på platser med svag vind.

När vindkraftverk byggs långt från förbrukarna krävs dessutom elnät och överföringsledningar för att föra elen till hushåll och företag.

Stora vindkraftverk kan orsaka buller, påverka landskapsbilden och medföra risker för bland annat fåglar och fladdermöss.

Bladlösa och byggnadsanpassade lösningar kan minska vissa av dessa problem. De eliminerar dock inte behovet av lämpliga vindförhållanden, säker installation och en bedömning av miljöpåverkan. 

Läs vår lista över lovande vindkraftsaktier.

Vindkraft utan stora yttre rotorblad

Byggnadsnära vindkraft kan ingå i distribuerade energiresurser, alltså lokal produktion som kompletterar elnätet. Tillsammans med exempelvis solceller kan den användas på lämpliga bostads- och kommersiella byggnader.En kombination av sol och vind kan ge produktion vid olika tidpunkter. Vind kan till skillnad från solinstrålning förekomma även nattetid, men blåser inte kontinuerligt.

I Aeromines konstruktion används vertikala vingprofiler och byggnadens luftflöde för att skapa ett lågtrycksområde. Tryckskillnaden driver luft genom enheten.Luftströmmen passerar en inbyggd rotor som driver en generator. Den yttre konstruktionen står stilla, men systemet innehåller alltså rörliga delar.

Tillverkaren framhåller lägre buller, mindre takyta och begränsat underhåll som möjliga fördelar. Den faktiska nyttan beror på platsen och den färdiga installationen.

Utvecklingen breddar möjligheterna att använda vindenergi nära byggnader. I denna översikt från 2023 beskrivs lösningarnas teknik, utvecklingsläge och möjliga användning.

Architecture 2030 angav i september 2023 att den byggda miljön stod för över 42 procent av världens årliga koldioxidutsläpp. Byggnaders drift stod för 27 procent och tre särskilt utsläppsintensiva material för byggnader och infrastruktur – cement, järn/stål och aluminium – för ytterligare 15 procent. Lokal energiproduktion är en av flera möjliga åtgärder för att minska utsläppen.

Flera företag arbetar med sådana lösningar. Här följer två exempel och de olika tekniska principer de använder.

Företag som utvecklar bladlös vindkraft

1. Vortex Bladeless

Vortex beskriver sin lösning som bladlös och framhåller möjligheten till lägre buller och mindre påverkan på omgivningen.

Vortex Bladeless vill erbjuda vindenergi för både mindre installationer och, på längre sikt, större anläggningar. Tekniken använder en svängande mast i stället för en roterande propeller.

Vortex Bladeless: så fungerar tekniken

Enheten har en fast bas och en cylindrisk mast som kan svänga vinkelrätt mot vindriktningen. En kolfiberstav förenar delarna, och generatorn har ett magnetiskt avstämningssystem.

När vinden passerar masten bildas virvlar. Om virvelavlösningens frekvens ligger nära konstruktionens egenfrekvens uppstår resonans, och masten börjar svänga.

Rörelsen omvandlas till el genom samspelet mellan spolar och magnetfält, enligt principen för elektromagnetisk induktion.

Magneterna bidrar också till avstämningen genom att ändra mastens skenbara styvhet, så att den kan svänga inom ett bredare vindhastighetsintervall.

Tekniken var fortfarande under utveckling. Företaget framhöll en konstruktion utan växellåda eller oljesmörjning, inget separat bromssystem och ingen vridning för att rikta masten mot vinden. Enklare tillverkning, mindre platsbehov och längre livslängd var eftersträvade fördelar.

Vortex Bladeless: En kort profil

Vortex Bladeless är ett spanskt utvecklingsföretag med anknytning till Madrid och Ávila. Bakom projektet står David Yáñez, David Suriol och Raúl Martín. Enligt de offentliga uppgifter som ursprungsartikeln använde hade företaget fått 120 000 dollar i tidig finansiering från Techstars 2021.

Investeraren Techstars driver acceleratorprogram och investerar i unga företag. Det portföljvärde på 105 miljarder dollar som angavs i artikeln avsåg ett sammanlagt bolagsvärde, inte investerarens förvaltade kapital.

2. Aeromine: vindkraft utan yttre rotorblad

Aeromine Technologies utvecklar byggnadsanpassad vindkraft för tak på kommersiella fastigheter. Målet är att producera förnybar el nära förbrukningen.

Aeromine använder fasta vingprofiler som samverkar med byggnadens luftflöde. De skapar ett lågtryck som driver luft genom konstruktionen; inuti finns en rotor.

Tryckskillnaden drar luft genom ett intag förbi den inbyggda rotorn och generatorn. Luften lämnar sedan enheten och blandas med omgivande luft.

Konstruktionen undviker stora, exponerade rotorblad. Företaget beskriver systemet som tyst och utan störande vibrationer.Enligt företagets presentation 2022 kräver systemet ungefär en tiondel av den takyta som motsvarande solcellsinstallation skulle behöva. Jämförelsen är ett tillverkarpåstående och beror på installationens förutsättningar.

Den yttre konstruktionen är stationär. Systemet kan producera även utan solljus, förutsatt att vindförhållandena är tillräckliga.Företaget beskrev en typisk installation med 20–40 enheter längs en byggnadskant, vända mot den dominerande vindriktningen.

Aeromine uppgav 2022 upp till 50 procent mer energi till samma kostnad som takmonterade solceller, inte 50 procent högre produktion än alla förnybara alternativ. Företaget bedömde också att vind och sol tillsammans under gynnsamma förhållanden kunde täcka upp till hela en byggnads energibehov på plats.

Aeromine Technologies: En kort profil

Enligt företagets egen historik grundades Aeromine Technologies 2021 av Carsten Westergaard, Martin Manniche och David Asarnow. Ursprungsartikeln beskrev verksamheten i Houstonområdet i USA och rapporterade hösten 2023 om ett danskt forskningsbidrag på cirka 1,1 miljoner dollar.

I januari 2023 gav AEC Angels sitt stöd till Aeromine. Medlemmen Thornton Tomasetti investerade genom TTWiiN IP. Artikeln angav också tidigare stöd från MassChallenge utan ägarandel.

Varför forskas det vidare på bladlös vindkraft?

Finansiering och samarbeten gör det möjligt att pröva tekniken, men är i sig inte bevis på garanterad prestanda.

Enligt den länkade nyhetsrapporten hade Aeromine fått cirka 1,1 miljoner dollar från den danska energimyndighetens EUDP-program. Rapporten beskrev en bedömning mot nio kriterier, bland annat kommersialiseringsmöjligheter och klimatpolitiska mål.

Fortsatt provning behövdes för att kartlägga teknikens möjligheter och begränsningar. Danmarks Tekniska Universitet, DTU, skulle samarbeta med Aeromine om prestanda på olika byggnader och i varierande vindförhållanden.

Enligtprofessor Christian Bak, då chef för sektionen för vingprofil- och rotordesign vid DTU, skulle forskarna modellera luftflödet kring olika byggnader och mäta prestandan. Syftet var att förbättra beräkningarna av energiproduktion och optimal placering på taket.

De tänkta användningsområdena omfattade bland annat kontor, lager, hamnterminaler, sjukhus och köpcentrum med lämpliga plana tak. Kunskap om placeringen är viktig eftersom byggnadens form och omgivning påverkar vinden.

Aeromine uppgav att intresset var stort. I den återgivna kommentaren sade medgrundaren Martin Manniche att företaget ökade produktionen för att möta efterfrågan.

Manniche ansåg att lösningen kunde göra lokal vindkraft till ett attraktivt alternativ för fler företag.

Även Vortex Bladeless framhöll potentiella fördelar för småskalig och lokal energiproduktion.Företaget eftersträvade lägre tillverknings- och underhållskostnader genom en enklare konstruktion utan stora rotorblad eller växellåda.

Vortex har presenterat flera prototyper och koncept. I företagets EU-projektdokument beskrevs Mini som cirka 2,7 meter och 100 watt, medan Atlantis-konceptet angavs till cirka 12 meter och 4 kilowatt. Dessa utvecklingsspecifikationer är inte verifierad kommersiell årsproduktion.

Äldre uppgifter om att fånga 40 procent av vindenergin eller kompensera lägre verkningsgrad genom dubbelt så tät placering är inte en generell prestandagaranti. Energiproduktionen beror på bland annat vind, konstruktion och hur enheterna påverkar varandras luftflöde.

Uppnå rena energimål

Utbyggnaden av vind- och solkraft är viktig i scenarier för nettonollutsläpp till 2050.

Konventionella vindkraftverk har fått högre torn och större rotordiametrar. Samtidigt behöver den årliga utbyggnaden öka betydligt för att nå de nivåer som anges i nettonollscenarier.

I den IEA-bedömning som återgavs i 2023 års artikel angavs cirka 7 400 TWh vindkraftsel 2030 och omkring 17 procents årlig produktionsökning. Den årliga kapacitetsutbyggnaden angavs behöva öka från cirka 75 GW 2022 till 350 GW 2030. Det var scenariobehov, inte uppnådda resultat eller en prognos med garanterat utfall.

Kina stod för ungefär hälften av den globala utbyggnaden av vindkraftskapacitet 2022 enligt uppgifterna i artikeln. Utbyggnaden skedde även i andra länder.

Artikeln hänvisade också till IEA:s bedömning att tillverkningen av vindkraftsutrustning behövde växa snabbare. Innovationerna fokuserade bland annat på högre produktivitet och lägre kostnader.

Byggnadsanpassad vindkraft kan komplettera större vindkraftverk där utrymmet är begränsat och vindresursen är tillräcklig. Takens bärighet, lokala vindförhållanden och underhåll behöver ingå i bedömningen.

Artikeln angav att investeringarna i vindkraft ökade med 20 procent 2022 efter en avmattning 2021. Branschen omfattades också av större samarbeten om förnybar energi med privat finansiering.

Forskningsstöd och investeringar i Aeromine och Vortex ger möjlighet till fortsatt utveckling. Tester, kalibrering och verifierad ekonomi avgör i vilken utsträckning lösningarna kan bidra till spridningen av förnybar energi.

Läs vår lista över lovande aktier inom förnybar energi.