Idémaskinen


Drömmen om drakturbinen!

Posted in Energiteknik av Robert Wensman på 27 mars 2010
Tags: , ,

Detta måste vara det ultimata beviset på att jag har för mycket fritid. Faktiskt så har jag det just nu. Min fru och min son är nämligen i Kina för att besöka släktingar, och när katten är borta så…

De senaste veckorna har jag i alla fall påbörjat ett tekniskt designprojekt som går ut på att bygga en ny sorts vindturbin. När det gäller vindkraft, så handlar ju allt om hur stora man kan bygga dem, och hur högt upp ifrån marken man kan placera dem för att få så mycket kraft som möjligt. Den vindturbin som jag tänker mig ska i teorin kunna byggas nästan hur stor som helst och ska dessutom vara lätt nog att kunna flyga. Men vi börjar med grundprinciperna, så betrakta följande bild på Akashi kaikyo bron i Japan som är världens största bro:

Varför är alltid de riktigt stora broarna hängbroar? Orsaken är är att dragstyrkan hos stål är betydligt större än dess styvhet. Det går till exempel att böja en spik med händerna, men försök att dra av den med muskelkraft! Kanske är det inte stålet som blir starkare i sig, men när man drar i stålet så utnyttjar man alltid dess atombindningar i dess snittyta till max. När man istället böjer materialet kommer det att uppstå stresspunkter där brott kan uppstå. Så genom att utnyttja dragstyrkan hos material, så kan man bygga en konstruktion som blir tillräckligt stark och lätt för att inte kollapsa under sin egen vikt.

Men om vi betraktar ett vanligt vindkraftverk, så utnyttjar man normalt bara materialens styvet och spänst. Man kan därför lätt föreställa sig att det finns begränsningar för hur stora man kan bygga dem, precis på samma sätt som att broar med lådbox-konstruktion inte kan byggas hur långa som helst. Om man till exempel byggde ett vindkraftverk med dagens teknik, men tio gånger så stort, så skulle det säkerligen kollapsa under sin egen vikt. Vingarna skulle inte orka bära upp sig själva, och de skulle vika sig. Följande film visar också farorna i att förlita på spänsten hos material när det gäller stora konstruktioner:

En artikel i NyTeknik målar upp en vision om ett styvt vindkraftverk på enorma 230 meter i diameter. Är det smärtgränsen för vad en styv turbin skulle klara, eller är det bara drömmar som inte ens skulle fungera i praktiken?

Så hur skulle man kunna bygga ett vindkraftverk som istället använder dragstyrkan hos materialet och som därför skulle kunna vara ÄNNU större? I min tidigare artikel ”Vindkraften tar till väders” pratade jag redan om KiteGen, och deras vision om att använda drakar som startar från marken, och använda dessa för att utvinna vindenergin. Jag spann vidare på deras idé, och funderade på om det inte kunde finnas fördelar med att starta drakarna från ett luftskepp som lyfter upp en generator. Men om man nu ändå är inne på att skapa en roterande rörelse med hjälp av drakar, så kanske man kan använda drakar som är så anpassade för detta ändamål, att de mer börjar likna någon form av turbin- eller propellerblad? Det är detta som är avstampen för mitt designprojekt. Idén är att bygga en drakturbin. Det vill säga en propeller som endast hålls ut av bladens egen aerodynamik, snarare än materialens spänst. Detta följer filosofin om styrka genom mjukhet som vi tidigare pratade om.

Följande figur ett blad av turbinen framifrån, och de aerodynamiska krafter som uppstår när vinden sveper över drakens ytor. Jag har beslutat mig för att använda modell B för mitt bygge. Jag är osäker på om C skulle fungera eller ens ha någon fördel.

Till att börja med, bara för att testa att jag hade förstått aerodynamiken korrekt och inte var helt ute och cyklade, så byggde jag en liten drakturbin med papper och tejp, som såg ut på följande sätt:

Den visade sig faktiskt fungera i luftdraget från vår värmefläkt, och snurrade på i godan ro. Som synes så fuskar den lite genom att ha dittejpade sugrör som hjälper till att hålla vingarna på plats, men denna modell lyckas i alla fall bevisa att OM man kan få drakarna att flyga i rät formation, så kommer den att skapa en roterande rörelse. Jag har dock ingen film på när den snurrade, och den är numera nedmonterad.

Eftersom tejpen jag använde lätt släppte, så var den i övrigt ganska ömtålig och bökig att arbeta med. För nästa steg, att försöka utforska möjligheten för drakarna/bladen att själv flyga i en stabil formation, var min plan att bygga en helt ny prototyp av mer beständiga material. Någr0a av de designparametrar som jag fick ta ställning till var dels om jag skulle göra svepta drakar eller ej, samt hur jag skulle fästa drakarna. Det finns en rad olika alternativ, men tillsist valde jag att använda en lätt svept drakform, som var fäst i punkterna c, d och f.

En orsak att välja en svept drakform framför en rak, är att jag tror att det skulle ge bättre möjligheter att packa drakarna tätare på navet, utan att draglinorna för den skull kommer i kontakt med andra drakar.

Utifrån detta gjorde jag en vyritning av navet och bladen som jag använde för att ta fram en form för drakarna och deras krökning. Jag baserade jackens storlek på hur lång jag ville att slutmåtten för drakens kanter skulle vara.

Som nav använde jag grytunderlägg av kork, som jag dels limmade och skruvade ihop runt en gängstång. Inga kullager här inte🙂.

Drakarna tillverkade jag av ett billigt blått paraply som jag köpte på Biltema, som jag först bara tänkte ge rätt krökta form genom att sy. Men jag upptäckte ganska snabbt att de lätt fladdrade och förlorade formen, kröktes eller snurrade ihop sig av vinden. Så för att öka stabiliteten så gav jag dem ett skelett som jag byggde av buntband. Draken på följande bild fick bara en framkant, men de övriga drakarna fick ett riktigt skelett med tvärgående mindre buntband (man kan se dem på filmen längst ner).

Linorna som drakarna är fästa i är björntråd, en grov sytråd som av allt att döma verkar tåla en belastning på mellan 1-2 kg innan den går av. Björntråden klarade dock inte en 3-kilos hantel som jag har här hemma🙂.  Jag insåg ganska tidigt att den här typen av prototyp säkerligen behöver kunna lätt justeras, så att sy fast draglinorna i drakarna var inte att tänka på. Istället hittade jag i en sy-affär en slags knapp man kan trycka ihop om tyget från båda sidor. Detta visade sig vara perfekt, och för att fästa draglinorna så virar man dem bara runt runt knappen, ungefär så som man fäster ett persiennsnöre. Nackdelen med att ha en för bekväm möjlighet att justera längden på draglinorna var att jag i ren lathet aldrig riktigt tog några exakta mått, utan justerade drakarna utifrån ögonmått.

Voila! På nästa bild är drakturbinen sammansatt. En stabil vas med smal pip kom väl till pass som ställ för turbinen. Drakarna i den här prototypen flyger också ganska nära navet, vilket potentiellt kan ställa till med en del problem i form av turbulens etc. Men den enkla orsaken till detta var helt enkelt att jag ville hålla nere ytterdiametern så att den skulle vara mindre än hygro-torken nere i tvättstugan. Mitt substitut för vindtunnel🙂.

Följande film visar hur den fungerade i praktiken. I dessa filmklipp har jag dessutom prövat med att fästa några fiskesänken i draglinorna för att stabilisera drakarna, men det är oklart huruvida detta utgjorde någon förbättring.

Man kan se att drakarna nästan lyfter självmant i början av filmen, men det behövs ändå en knuff för att få igång dem. För en liten stund verkar det som att den drar runt på egen kraft, men tyvärr dröjer det inte lång tid innan drakarna tappar balansen och krashar😦. Upprepade försök leder ungefär till lika lång ”flygtid”.

Men på det hela betraktar jag ändå detta som ett lyckat experiment. Det visade att drakarna för ett ögonblick tycktes bibehålla någon form av stabilitet, och det finns många saker man kan förbättra för att kunna bibehålla denna stabilitet under en längre tid.  Dels så kan man fråga sig hur turbulent luftflödet ifrån hygrotorken egentligen är, och att navet med dess nuvarande avhuggna form är så nära drakarna bidrar säkert ocskå till en del turbulens. Man kan speciellt se på filmen hur drakar som sjunkit i en allt för låg omloppsbana kämpar med att få lyftkraft. Om man lät navet sträcka sig ut en bit bakåt, så skulle drakar i låg omloppsbana kunna ges extra lyftkraft genom markeffekten, varpå den kanske kan skickas tillbaka i en högre omloppsbana?

En annan sak man kan se, är att när en drake kämpar med lyftkraften, så blir den ifattkörd av andra drakar som den till sist trasslar in sig i. Ett sätt att komma åt det problemet vore att installera olika staglinor mellan drakarna som hjälper till att hålla dem i en bra formation. Ungefär som bergsbestigare som binder ihop sig i varandra. Följande figur visar på några varianter man kan tänka sig. Staglina h är något jag måste pröva i framtiden:

Sedan en sista sak man kan förbättra till nästa gång är den allmänna precisionen på turbinen. Som jag nämnde så har jag inte ens mätt upp draglinorna ordentligt, utan bara höftat till dem med ögonmått. Även drakarna och deras krökning är inte heller gjorda med någon millimeterprecision, och det finns säkert mycket man kan göra här.

Drakarnas aerodynamik är för övrigt en hel vetenskap i sig som man kan gräva ner sig en del i för att försöka hitta förbättringar. Till exempel så är aerofoil-krökningen på drakarna inte så framträdande som jag hade tänkt från början. Orsaken var att de tvärgående buntbanden var för styva. För att få till en krökt form hade det behövts en hel massa små sytrådar som drar varje litet buntband i en båge, men där tog mitt tålamod med nål och tråd slut🙂.

Så, sammanfattningsvis så finns det fortfarande mycket som tyder på att man kan bygga en drakturbin som är rent mekaniskt självstabiliserande. (Det ska sägas att även om man till sist skulle stöta på mekaniska problem som visar sig svåra att lösa vad gäller stabiliteten, så behöver det inte betyda att loppet är kört helt för tekniken ändå. Då kan man alltid börja fundera över olika dynamiska lösningar med datorstyrning, ungefär som KiteGen arbetar med. Fast något sådant ligger ljusår ifrån vad jag har möjlighet att experimentera med, och det vore också så klart ett misslyckande om man skulle behöva ta till sådana drastiska lösningar).

Så detta är hur långt jag har kommit, nu till drömmarna. Vad är det jag tänker mig att man ska kunna göra med sådan här teknik i framtiden? Jag ska nu göra några grova överslagsräkningar, så att vi kan bilda oss en översiktlig idé om vad det är för ett slags vindkraftverk man skulle kunna bygga med den här tekniken, om den utvecklades till perfektion.

Företaget Cargo Lifter som fanns för några år sedan utvecklade ett luftskepp kallat CL 160, som var 260 meter långt, och 65 meter i diameter. Det hade en lastkapacitet på 160 ton, och jag låter detta luftskepp vara utgångspunkt för min vision.

Idén är att man helt enkelt placerar två motroterande drakturbiner runt detta luftskepp. Drakturbinerna behöver vara motroterande, för att kunna verka som mothåll åt varandra. Mellan drakturbinerna placeras en gördel vars konstruktion påminner om den hos en ledad axel. Jag tänker mig att den totala diametern på drakturbinen då blir 350 meter, och den nedre kanten på turbinen flyger 400 meter över marken, den översta toppen når 750 meter upp i luften. Detta ger en total svepyta på 93000 kvm. Om vi jämför med dagens störta vindkraftverk som är på 7 MW, och har en svepyta på 12000 kvm, så borde varje drakturbin generera minst 54 MW. Men sedan så måste man dels ta hänsyn till att drakturbinens blad på det hela inte väger så mycket, och de kan sitta betydligt tätare än på det vanliga vindkraftverket och därmed ha högre verkningsgrad. Vi antar att man på detta sätt kan öka effekten med 50%. Sedan så flyger drakturbinerna betydligt högre upp än ett vindkraftverk som står på marken, så vi antar något försiktigt att detta också ger upphov till en ökning av effekten på 50%. Detta sammanlagt gör att de båda drakturbinerna tillsammans kanske skulle kunna ge en effekt på ungefär 250 MW. Det är en kvarts kärnkraftverk.

Men man kan också räkna mer optimistiskt på det. Till exempel att den ökade vinden på den höga höjden står för en 100% ökning av vindenergin, vilket också verkar vara mer i linje med följande tabell. Och om vi räknar med att vi kan sätta på tillräckligt många drakar för att göra drakturbinen 100 % mer effektiv än den glesa och trebladiga traditionella vindturbinen. Ja, då landar slutkalkylen på 430 MW för hela kraftverket, något som börjar likna en halv kärnkraftsreaktor. Bara för ett vindkraftsverk.

Men som sagt, dessa beräkningar ska man ta med en rejäl nypa salt. Effekten skulle lika gärna kunna vara hälften av ovanstående, och det kan finnas många fallgropar. Uppstår det till exempel några andra problem med att flyga så högt? Dessutom så är det också en fråga om hur hög effekt en generator på 160 ton kan ha, eftersom detta ju är luftskeppets lyftkraft. Personligen kan jag för lite om den typen av maskiner för att kunna avgöra om det är en begränsande faktor eller ej.

Så, detta var min vision om en drakturbin. Gigantiska gasjättar som ligger i lufthavet och pumpar ner energi till människorna långt nedanför. Jag skänker dessa idéer till vem som helst som är intresserad, någonstans där ute på nätet. Slit dem med hälsan!🙂

Fortsättning följer. Innan sommaren så borde jag i alla fall kunna lägga upp bilder på en drakturbin som står och snurrar en längre tid utan att kollapsa, i alla fall om det i slutändan visar sig vara möjligt rent tekniskt.

16 svar to 'Drömmen om drakturbinen!'

Subscribe to comments with RSS eller TrackBack to 'Drömmen om drakturbinen!'.


  1. Tyvärr är inte idén ny. Och det finns många faktorer som gör detta projekt ogenomförbart. Vikt du pratar om en genererad effekt på 500 MW. Jag är rädd att om man skulle försöka bygga ett luftskepp som orkar lyfta den vikten för generatorerna så blir detta enormt. stort opraktiskt. när det blir stort blir också skeppet själv tungt.

    Kärnkraft är bra! Om man bara vill utnyttja kylvattnet i forsmark skulle man kunna värma upp nästan hela Stockholm. Över 50% av energin åker rätt ut i Östersjön. Man släpper alltså ut 3500 MW i vattnet.


    • Hej!

      Har du några uppgifter om var och när den här idén har diskuterats? Givetvis har jag själv sökt med lykta och ljus, men inte hittat något. Det närmaste man kan komma är väl http://www.magenn.com, men jag vet inte varför deras utveckling verkar ha stannat av.

      Har du någon uppgift på hur tung en 500 MW generator är egentligen? Enligt Cargo-lifter så ska ju ett luftskepp av ovan nämnda dimensinoer kunna lyfta 160 ton i alla fall, så detta är den vikt man har att spela på. Frågan är alltså inte om luftskeppet skulle bli gigantiskt, frågan är hur många MW man få med en generator på 160 ton. Dessutom så kanske man ska vara försiktig med att ta befintliga siffror rakt av, eftersom det säkert är tveksamt om dagens generatorer optimeras efter låg vikt, snarare än andra faktorer. Jag undrar vad resultatet skulle bli om generatortillverkarna ansträngde sig för att göra en så lätt generator som möjligt.

      Men även om man inte skulle kunna bygga detta ”luftmonster” som jag skisserar på, så tycker jag ändå att det finns poänger med att titta vidare på tekniken. Jag är nyfiken på om drakturbinen skulle kunna vara mer tystgående än en konventionell vindturbin. Om den är mer tystgående så skulle det förenkla placeringen av vindkraftverken. Med fler blad kan den gå saktare, och segelduken är ju naturligt vibrationsdämpande.

      Dessutom tycker jag själv att drakturbinen med dess svepta organiska former är betydligt vackrare än en vanlig traditionell vindturbin. Den ser nästan ut som en stor blomma! Jag tror att den skulle passa in betydligt bättre i landskapet, även om man till sist tvingades sätta den på en mast av något slag.

      Jag har dessutom inte sagt att kärnkraft skulle vara dåligt! Jag hade en arikel nyss om fusionskraft till exempel. Personligen är jag inte heller så rädd för använt kärnbränsle. Men det är inte inte lika lätt att bygga ett kärnkraftverk som hobbyprojekt bara😉.

      Det låter synd det där med kylvattnet som går till spillo. Skriv en blogg om det!


  2. Tappa inte sugen. Du är inne på rätt väg, men navet i din prototyp är helt regelvidrig aerodynamiskt. Titta även gärna på de grekiska väderkvarnarna
    där drivaxeln går ut som en mast och sedan flera segel stagar varandra i stjärnform.
    Hälsn, Lasse


    • Haha, ja den är verkligen regelvidrig🙂. Jag lutar lite åt att nästa steg är att bygga en noskon och en förlänging bakåt för att råda bot på detta. Paraplyskelettet som jag har kvar kanske jag kan göra någonting av tillsammans med lite tejp.

      När vädret tillåter så ska jag också testa utomhus. Där kan jag förlänga draglinorna och låta drakarna flyga med en större diameter, så att turbulensen från navet kan uteslutas som inverkande faktor.

      Tack för tipset om de grekiska väderkvarnarna. Jag hade bestämt något vagt minne av den här typen av väderkvarnar i bakhuvudet någonstans, men jag visste inte att de var ifrån grekland.

      Vissa bilder på dessa väderkvarnar visar något som jag faktiskt var inne på ett tag. Nämligen att ha linor som utgår ifrån ett nav i ”toppen på noskonen”, och som stadgar upp turbinen längs med vindriktningen. Men dels så skapar det en hel del besvär om man ska få plats med två motroterande turbiner av det slaget på samma luftskepp. Sedan verkar det finnas hopp om att det kanske inte ska behövas heller. En tanke jag har är att den svepta draken ger viss stabilitet längsmed vindriktningen eftersom den har den ena fästpunkten snett framför den andra utmed vindriktningen.

      En annan sak jag måste göra är att leta upp någon mediaspelare som gör att jag kan se .avi filmerna i slow-motion, så att jag tydligare kan se vad det egentligen är som får drakarna på fall i det test jag gjorde. Men en bra gissning är ju som sagt turbulensen från navet.

      Nä, det är ingen risk att jag tappar sugen. Det finns alltid de som säger att saker och ting inte ska fungera oavsett vad man försöker sig på :-)…

  3. Josef Boberg said,

    Apropå smart energi…

    OVERUNITY – FREE ENERGY EXISTS ! (vido ca 4 min)

    Declaration of Energy Independence (vido ca10 min )


    • Det bästa sättet att bevisa förekomsten av någon mystisk magnetenergi eller så kallad over-unity, vore en film på någon grej som står och snurrar i timmar utan tillförsel av energi utifrån. Helst skulle man bygga konstruktionen helt i plexiglas så att man åtminstone kan utesluta dolda strömkablar och elmotorer. Jag vet att Steorn (www.steorn.com) försökte sig på detta, men misslyckades. Personligen tror jag inte på dessa maskiner, eller rättare sagt. Jag tror på det först när jag har sett det själv i en övertygande demonstration.

      • Josef Boberg said,

        Ta en semestertripp till Australien och kolla, vet ja…

  4. jana said,

    Hej Jag tycker iden med en lyftande ballong är kul. Men varför inte hänga ett antal kraftverk i kabeln istället? Utformar man sedan ballongen som en jättevinge får man ökad lyftkraft när vindhastigheten ökar och håller kabeln mer vertikal.


    • Att använda en drake för extra lyftkraft skulle kanske kunna fungera, det enda är bara att man måste tänka på vad som händer när det slutar blåsa, om vindkraftverket då har någonstans att landa etc.

      Att fästa vindkraftverk på kabeln ger antagligen en utmaning i fråga om stabilitet. Hur man undviker att dessa hänger ner som vissna tulpaner, eller trasslar in sig i kabeln. Den där sortens vindkraftverk med många små turbiner som sitter på en tvärgående pinne kanske skulle passa en sådan tillämpning?… Fast jag skulle ändå tro att en plötslig vindpust lätt skulle kunna trassla in även ett sådant vindkraftverk i kabeln.

      Sedan finns så kallade ”ladder mills” som använder dragkraften från drakar direkt, som sedan utvinns vid en kraftstation på marken. Jag har dock inte hittat något företag som satsar på detta. Jag misstänker att kabeln till sist blir för tung och otymplig eftersom den ska kunna tåla massiv dragkraft, samtidigt som den ska vara tillräckligt lång för att nå tillräckligt högt upp och smidig för att kunna dras runt ett hjul. Jag bara gissar att det finns en del problem att övervinna där.

  5. tobias n said,

    Kul artikel! Roligt att du byggt lite prototyper!

    Tips för dina längre politiska artiklar är att skriva nån liten sammanfattning i början, så man blir sugen på att läsa ifall det känns intressant.


    • Ja, för oss som mest sitter bakom ett tangentbord så är det lite befriande att gå loss med vanliga verktyg och göra något med händerna!

      Det där med sammanfattning i början var inte alls en dum idé… jag tror att jag ska börja med detta. Jag håller just på att ”konsolidera” min blogg lite, t.ex. sätta upp ordentliga etiketter på mina artiklar så att man kan hitta dem lite enklare. Min plan är att börja synas lite på Newsmill inom en nära framtid :-)…

      • Josef Boberg said,

        Välkommen till Newsmill ❗

        Apropå ”hålla reda på inläggen” – så gjorde Carl Johan Rehbinder en variant på det i form av Bloggarkiv – efter lite ”påtryckning” ifrån min sida via email.

        Själv har jag ett vanligt REGISTER – och det duger för mig.

        Något som jag har försökt få Aktiv Demokrati´s blogg att fixa också – men det verkar TRÖGT (video ca 4 min) = det har ej hänt än så länge.

        Apropå det här med vindskärmar = en sorts omvänd fallskärmsidé – så VET jag att det finns ett fartygsprojekt rörande det. EN jättefallskärm på ett STOOORT oceangående fartyg – minskade bränsleförbrukningen med ca 30 %.

        Känner Du till något om det ?


        PS.
        GRUNDORSAKEN TILL ALLT ELÄNDES ELÄNDE I VÄRLDEN; ”Ge mig kontroll över en nations pengar – och jag bryr mig ej om vem som skriver lagarna !” Detsamma som Mayer A B Rotschilds världsomspännande bankimperium (video ca 10 min) = The EndGame (video 2 tim 20 min) = Harmagedon ❓ / Josef DS.


  6. […] läst de senaste dygnen Close, but no cigarr!Drömmen om drakturbinen!Den ädla konsten att bränna kolväten"Debunking debunking for 911"Om migDags att syna […]


  7. […] cigarr!Stabil drakturbin!"Debunking debunking for 911"Om migDen ädla konsten att bränna kolvätenDrömmen om drakturbinen!NaturresursdelningMed fokus på fusionenArbetskrediterRepresentativ direktdemokratiDags att syna […]


  8. […] är inte enbart kjolar som lyfter i vinden men också nya intressanta vindprojekt. Det blir vi glada av. Har man något positivt för sig mår man finfint. Bra jobbat […]

  9. Josef Boberg said,

    Hur går det ?


Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s


%d bloggare gillar detta: