Amerika Qo'shma Shtatlari kabi mamlakatlar qayta tiklanadigan energiya salohiyatini oshirishga qaratilgan siyosat va maqsadlarni e'lon qilar ekan, yangi va takomillashtirilgan qayta tiklanadigan energiya texnologiyalari uchun imkoniyatlar mavjud. Xenecore, Nyu-York shahrida joylashgan, yuqori energiya olish qobiliyatiga ega bo'lgan yanada samarali shamol turbinasi pichoqlarini ishlab chiqaruvchi kompaniya qarshilikka asoslangan fan shaklidagi shamol pichoqlarini loyihalash va ishlab chiqish uchun kompozit qismlardagi tajribasidan foydalanmoqda.
Xenecore kompaniyasi 2010-yilda kompaniyaning bosh direktori va asoschisi Jerri Choe tomonidan uglerod tolali kompozit tennis raketkalarini ishlab chiqish uchun sport anjomlarida moddiy texnologiyalardan foydalanish orqali tashkil etilgan va bir qator patentlarni shakllantirgan. To'pga zarba berishda yuqori unumdorlik va quvvatga ega uglerod tolali tennis raketkasiga erishish va raketaning qo'lga ta'sirini minimallashtirish uchun 18-oylik ishlab chiqish davridan so'ng u va uning jamoasi material va Texnologik eritma, hozirda Xenecore savdo nomi ostida sotilmoqda, kompozit qismlar uchun strukturaviy yadro sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan termoplastik mikrosfera mahsuloti.
Ushbu dastlabki muvaffaqiyatlardan so'ng kompaniya termoplastik mikrosfera texnologiyasini yanada optimallashtirishga katta sarmoya kiritdi va butun dunyo bo'ylab 250 dan ortiq patentlarga sazovor bo'ldi. Kompaniya Xenecore mahsulotlaridan foydalanish tennis raketkalaridan tashqari boshqa ilovalar uchun yangi imkoniyatlarni kengaytirishi mumkinligini aniqladi, masalan, dron pichoqlari va yaqinda qarshilikka asoslangan shamol turbinasi pichoqlari.
Taxminan ikki yil oldin Choe va Xenecore jamoasi shamol turbinasi qanotlarini ishlab chiqishda kompaniyaning texnologik texnologiyasi va mahsulotlaridan qanday foydalanish mumkinligini o'rganishni boshladi. Bugungi kunda shamol turbinalarining ko'pchiligi elektr energiyasini asosan liftdan ishlab chiqaradigan samolyot shaklidagi nozik pichoqlarga ega. Shamol pichoqlar orqali o'tayotganda, pichoqlarning bir tomonida hosil bo'lgan pastki bosim shamol yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan pichoqlarni tortadi, bu esa rotorlarni aylantirishga olib keladi, energiyani elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun turbinaga o'tkazadi.
Ushbu pichoqlar odatda shisha tolali teridan tayyorlanadi va uzunroq pichoqlar uglerod tolali kompozit qanotli SPAR qopqog'i bilan quvvatlanadi. Shamol pichoqlari odatda ochiq qolipga joylashtiriladi, vakuumli AOK qilinadi va keyin kesish tarmog'i, ko'pikli yadro va yopishtiruvchi yordamida birlashtiriladi.
Biroq, eng qadimgi shamol tegirmonlari juda boshqacha ko'rinishga ega bo'lib, ular qarshilik orqali elektr energiyasini ishlab chiqaradigan keng, tekis, fanat shaklidagi yog'och pichoqlarga ega edi, shamol esa pichoqlarni shamol yo'nalishi bo'yicha surish uchun to'g'ridan-to'g'ri ishlatiladi. Shamol turbinalari birinchi marta ixtiro qilinganida, hamma ko'proq shamolni ushlab turgani uchun tortishish kuchidan foydalangan. Ammo bu birinchi pichoqlar ishlatilgan materiallar tufayli muammo edi, chunki eng qadimgi shamol tegirmonlari mato kabi yumshoq, kamroq bardoshli materiallardan qurilgan.
1919 yilda nemis fizigi Albert Beyts o'zining hozirgi mashhur Bates qonunini shamolni ushlab turish va pichoq dizayni bo'yicha nashr etdi. Ushbu qonunga ko'ra, pichoq shamol energiyasining faqat maksimal 59 foizini lift yordamida ushlab turishi mumkin. Ushbu nazariya bugungi kunda ham mashhur bo'lgan nozik, kavisli dizaynlardan foydalangan holda, ko'tarishni maksimal darajada oshirish va tortishni kamaytirish uchun samolyot qanotlari va shamol turbinasi pichoqlarining shakliga ta'sir ko'rsatdi.
Choening so'zlariga ko'ra, 59 foiz energiya olish darajasi nazariy maksimaldir, chunki haqiqiy shamol turbinalari energiyani unchalik samarali emas, lekin bugungi materiallar uchun bu maksimal emas. Bugungi kunda ishlatiladigan shisha tolali va uglerod tolali kompozitlar kuchliroq va engilroq bo'lganligi sababli, ular Bates davrida pichoqlar va qanotlarni tayyorlash uchun ishlatiladigan metall materiallarga qaraganda ancha yaxshi ishlaydi. Shuning uchun, mavjud materiallarning xususiyatlari optimallashtirilganligini hisobga olsak, eng yaxshi dizayn endi samarasiz bo'lishi va endi talablarga javob bermasligi mumkin.
Shunisi e'tiborga loyiqki, uzoq vaqtdan beri qo'llanilayotgan bir qator qarshilikka asoslangan shamol pichog'i dizaynlari mavjud, masalan, Savonius tipidagi vertikal shamol turbinasi, markaziy turbina atrofida aylanadigan ikkita chashka shaklidagi pichoqni o'z ichiga oladi. Ushbu turbinalar odatda liftga asoslangan turbinalarga qaraganda ancha kam samaralidir, chunki vertikal o'rnatishda ikkita qanot aslida pichoqning ikkinchi yarmi tuta oladigan shamolning bir qismini to'sib qo'yadi. Biroq, ularning oddiy dizayni va past shamolli hududlarda energiya olish qobiliyati ularni uy yoki tijorat muhitida turbinalar uchun mashhur qiladi.
Choe va uning jamoasi qarshilikni maksimal darajada oshiradigan va eng muhimi ilg‘or kompozit materiallardan foydalanadigan yangi gorizontal shamol turbinasini ishlab chiqishga kirishdilar.
Xenecore jamoasi duch kelgan dastlabki qiyinchiliklardan biri shundaki, liftga asoslangan turbinalar standartga aylanganligi sababli, bugungi simulyatsiya dasturi faqat liftga asoslangan turbinalarning ishlashini tahlil qilish uchun ishlatiladi. Choe va uning jamoasi bir qator tahliliy vositalarni sinab ko'rdilar va natijada pichoq ustidagi shamolning harakatini modellashtirish uchun Ansys Fluent hisoblash suyuqliklari dinamikasi dasturidan foydalanganlar.
Ushbu modellardan foydalanib, maqsad maksimal qarshilikni ushlab turadigan, turbina ichida elektr energiyasini ishlab chiqaradigan va shu bilan birga imkon qadar kamroq og'irlikdagi yuqori shamol yuklariga bardosh bera oladigan pichoqni ishlab chiqishdir. Xenecore jamoasi birinchi navbatda qattiq uglerod tolali kompozit pichoqni yasashga harakat qildi, ammo quvvat yaxshi emas edi, hatto qattiq uglerod tolali plitalar ham kuchli shamollar ostida sinishi mumkin.
Nihoyat, Xenecore Xenecore termoplastik mikrosferalari bilan qoplangan yuqori va pastki teridan tashkil topgan Fanturbin deb nomlangan bitta fan shaklidagi pichoqni ishlab chiqdi. Bu terilar I-nurlari deb ataladigan qovurg'alar bilan mustahkamlangan. Dizayn bionikdir, chunki qovurg'alar xuddi palma bargidagi barglar kabi markaziy nuqtadan tashqariga chiqadi.
Pichoqlar kuch va barqarorlikni maksimal darajada oshirish va eng engil og'irlikdagi yuqori shamol yuklariga qarshilik ko'rsatish uchun yuqori modulli uglerod tolasi va epoksi qatronlar yordamida bir bosqichli siqish kalıplama jarayonida ishlab chiqariladi. Bir parcha monomer dizayni, shuningdek, barqarorlikni maksimal darajada oshirish va pichoqning ishlash muddatini nazariy jihatdan uzaytirish uchun mo'ljallangan, chunki vaqt o'tishi bilan zarar etkazadigan yoki charchaydigan bo'g'inlar yoki yopishtiruvchi moddalar mavjud emas. Hozirgi vaqtda ushbu pichoqlarning birinchi versiyasi nisbatan kichik bo'lib, o'lchami 3 dan 3 futga teng bo'lib, an'anaviy shamol pichoqlari bilan raqobatlasha oladigan kattaroq hajmga ega bo'lish maqsadini ko'zlaydi.
Har bir pichoqni ishlab chiqarish uchun kesilgan uglerod tolali mato alyuminiy yuqori va pastki qolipga joylashtiriladi va har bir terining ustiga Xenecore kino qog'ozining bir nechta qatlami qo'yiladi. Mog'or yopiladi va yuqori harorat va bosim ostida mikrosferalar korteksga bog'langan engil strukturaviy ko'pikka aylanadi. Jarayon I-nurning yagona, choksiz, bog'lovchisiz, erkin harakatlanadigan yagona qismini ishlab chiqaradi.
Xenecore-ning turbinasi dizayni har bir turbinada to'rtta fan qanotidan iborat bo'lib, mavjud sirt maydonining taxminan 80 foizini qoplaydi. Shamol pichoqlarni itarib, rotorlarni aylantiradi, bu esa turbinada energiya hosil qiladi. Braziliya universitetining aviatsiya professori, marhum doktor Paulo Abdala tomonidan 2021 yilgi oq qog'ozga ko'ra, ishlab chiqarilgan elektr quvvati miqdori asosan shamol tezligiga bog'liq. Yassi fan shaklidagi pichoqlarning mustahkamligi pichoqlarning yon tomonlarida keskin bosim farqlarini yaratishga yordam beradi, bu esa shamol tezligini va energiya ishlab chiqarishni oshiradi.
Xenecore simulyatsiyalariga ko'ra, ideal sharoitlarda fan nazariy jihatdan maksimal 98 foiz shamol energiyasini olishi mumkin edi. Bundan tashqari, pichoq bo'ronli shamollarga bardosh berishga mo'ljallangan va simulyatsiyalarda u soatiga 376 milyagacha bo'lgan shamollarga bardosh berishini isbotladi, bu bo'ronning maksimal tezligidan ancha yuqori. Choening so'zlariga ko'ra, bu pichoqlar mavjud infratuzilmani o'zgartirmasdan, mavjud turbinalarda ishlashi mumkin.
2022 yilda Xenecore 3 x 3 fut pichoqli 5 kVt kichik turbinalar ishlab chiqarishni boshladi va ularni Janubiy Amerikadagi distribyutorlarga va butun dunyo bo'ylab onlayn sotdi. Bu kichik tizimlar uylar va korxonalarda ishlatiladigan shunga o'xshash quvvatli quyosh panellarini almashtirish uchun mo'ljallangan bo'lib, ular bir xil miqdordagi quvvatni ta'minlaydi, lekin ular ancha yaxshi ishlaydi va ishlash uchun uch baravar arzonroqdir, deb tushuntirdi Choe.
Pichoqlar xuddi shunday o'lchamdagi an'anaviy shamol turbinalariga qaraganda etti barobar ko'proq quvvat ishlab chiqarishi uchun sinovdan o'tkazildi. Xenecore sinovdan o'tkazgan eng katta tizim qanotlari kengligi 11 fut bo'lgan 100-kVt turbinadir. Uning megavatt darajasidagi versiyasi ishlab chiqilmoqda.
Choe yaqin kelajakda kattaroq Fanturbin pichoqlariga katta qiziqish borligini taʼkidlab, ushbu texnologiya Frantsiya GE kompaniyasining hozirda eng katta boʻlgan Haliade X turbinasini qayta jihozlash potentsialiga ega ekanligini taʼkidladi. megavattdan 1,4 gigavattgacha.
Hozirda kompaniya texnologiyani keyingi bosqichga olib chiqishga yordam beradigan investorlar va hamkorlarni qidirmoqda. Texnologiyani isbotlash uchun Xenecore kompaniyasining navbatdagi qadami 1 MVt quvvatga ega turbinani qayta jihozlashdan chiqarilgan shamol turbinasi minorasida qurish va o‘rnatishdan iborat.
