Filozofia pojęć technicznych (177). Turbina


20-11-2021 19:12:18

Jest dość oczywiste (nie dla każdego), że wiatr, woda, słońce i geotermia to tak gigantyczne źródła energii, że mogą zaspokoić wszelkie obecne i przyszłe potrzeby ludzkości. Niestety preferuje ona energię elektryczną, którą trudno pozyskać z przyrody; niezbędne są wyrafinowane przetworniki. Trzeba na nie zarobić, zamiast dusić gospodarkę i likwidować przemysł, na co się właśnie zanosi.

Jednym z najważniejszych przetworników jest turbina, w popularnym przekonaniu - coś, co się kręci wskutek przepływu strumienia jakiegoś płynu. Ale, jeśli się trzymać dosłownej definicji (można sprawdzić), turbiną i to najstarszą jest nawet żagiel statku. Pierwsze żagle zszywano ze skór zwierzęcych (wiatraki wprowadzono podobno dopiero w VI w. w Persji). Wiatraki żaglowe, o „łopatach” płóciennych stosowano już od wczesnego średniowiecza w Holandii. Turbiną może być elastyczna żerdź, podatna na podmuchy wiatru, pęki włókien w burzliwej rzece itp. Gdzieś na końcu i tak jednak będzie kręciołek, bo to najprostsza prądnica mechaniczna. Ten przykład wskazuje, jak szerokie może być myślenie o takich konstrukcjach.

Tymczasem w dziedzinie turbin wiatrowych panuje wszechwładnie jedno rozwiązanie: turbina Kaplana o poziomej osi obrotu, czyli śmigło, które po zblokowaniu z generatorem zostało zestandaryzowane i zdominowane przez nielicznych producentów. Taka właśnie jest największa turbina wiatrowa na świecie Haliade-X w porcie w Rotterdamie. W szczycie osiągnęła 13 MW przy rozpiętości łopat 220 m. W Chinach, na morzu już trwa budowa jeszcze większej - o mocy 16 MW. Ma wytwarzać rocznie 80 GWh energii.

Nastąpiło tu zjawisko przemocy technologicznej do tego stopnia, że dziś na rynku „wiatrowym” panuje przekonanie, że jest to koncept jedyny i najlepszy, uniwersalny. Musi więc być gigantyczny wiatrak na słupie, warczący i mielący powietrze razem z ptakami. Nie istnieje jeden, optymalny typ turbiny, do zastosowania w każdych warunkach. Różne jest otoczenie przyrodnicze, różne wiatry - jednostajne i porywiste, silne i słabe, jedno i wielokierunkowe. Każdemu z tych warunków odpowiada inny typ turbiny.

Wiatraków o osi pionowej próbowano od XVIII w. Dziś najbardziej znane to turbina Savoniusa i późniejsza - Darrieusa. Jak podaje prof. Piotr Doerffer z Instytutu Maszyn Przepływowych PAN, Nicola Tesla opatentował (1913) szczególnie wyrafinowaną turbinę talerzową. Przypomina pionowe wiertło złożone z „plastrów”. Powietrze, przepływając między nimi oddaje dodatkowo energię dzięki adhezji. Taka turbina o wymiarach 3,3x3,3 m stojąca na ziemi ma moc 10 kW. 10 tys. takich turbin (każdy może mieć ją przy domu) zastąpi jeden wielki blok energetyki konwencjonalnej. Niestety, tylko na papierze, bo wiatr wieje, kędy chce.

Dziś modelowanie fizyczne i cyfrowe przyniosło istną lawinę rozwiązań z turbinami latającymi na uwięzi włącznie, a japońska firma Onomichi poszła jeszcze dalej ustawiając na statku sztywne żagle obracające się samoczynnie w zależności od wiatru, pokryte...ogniwami fotowoltaicznymi. Jesteśmy blisko osiągnięcia granicy sprawności turbiny wiatrowej. Jeżeli chcemy poważnie myśleć o energii odnawialnej, konieczny jest następny krok: system energetyczny hybrydowy, łączący różne sposoby pozyskiwania energii z natury po to, by ustabilizować moc dyspozycyjną w czasie. Konieczne są wieloaspektowe projekty systemowych rozwiązań, wsparte sztuczną inteligencją. Wygląda bowiem na to, że na szybkie postępy w dziedzinie wielkich magazynów energii elektrycznej nie ma co liczyć. Jeżeli jednak odnawialne źródła są tak potężne (a są), to prędzej, czy później wygrają. Musimy im sprzyjać, bo są nam przyjazne. Ale jakie koszty poniesiemy i jak długo to potrwa - zależy od nas.

Trzeba powtórzyć jeszcze raz: rozwijajmy gospodarkę z tym co mamy, energetyka przyszłości oparta na odnawialnych źródłach nie pojawi się wskutek nakazów administracyjnych i limitów emisji. Pojawi się drogą poważnych inwestycji w badania i rozwój, na które światowa gospodarka musi najpierw zarobić.  

Zygmunt Jazukiewicz

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl