Als zerstörerische Naturphänomene gehen, gehören Hurrikane zu den Schwergewichten. Wenn nicht die stürmischen Winde und die daraus resultierenden Projektiltrümmer, dann ist ein Hurrikan für die massive Überschwemmung, die entsteht, wenn man landet und ausfällt, eine hässliche Arbeit. Fragen Sie diese Woche die Bewohner der Küstenregionen Carolinas und Georgia, während sie sich vor der Flut von Hurrikan Matthews Wochenende schützen.
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In Bezug auf die gespeicherte und freigesetzte Energie haben Hurrikane einen gewaltigen Einfluss. Ihr „durchschnittlicher“ tropischer Wirbelsturm könnte umgerechnet 600 Terawatt Energie abgeben, ein Viertel Prozent davon als Wind; Der größte Teil der Energie in einem Hurrikan wird in Form von Wärme gespeichert und freigesetzt, wenn Wasserdampf zu Regen kondensiert.
Während Wind nur einen kleinen Teil der Gesamtenergieerzeugung eines Hurrikans ausmacht, erzeugt er dennoch enorme Strommengen: rund 1, 5 Terawatt oder etwas mehr als ein Viertel der weltweiten Stromerzeugungskapazität von 5, 25 Terawatt. Der Wind von nur einem Sturm ist eine Goldmine sauberer Energie.
Aber wie meine kindliche Vorstellung, man könne die Energieprobleme der Welt lösen, indem man einfach ein riesiges Verlängerungskabel zur Sonne führt, wie genau jagt man dann Hurrikane, um ihre Energie zu ernten?
Die Herausforderungen liegen auf der Hand. Es ist nicht einfach oder sogar wünschenswert, einen mobilen Windpark auf den Pfad eines schwerfälligen Hurrikans zu stürzen. Stattdessen streben einige Forscher Stromerzeugungssysteme an, die rund um die Uhr den Hurrikankräften standhalten können, aber auch das erhöhte Leistungspotenzial nutzen können, wenn ein Sturm zuschlägt.
Ein Ansatz bestand darin, die Windkraftanlage selbst neu zu überdenken. In Japan berichtete CNN über die Neugestaltung eines gemeinsamen Lüfters durch einen Unternehmer, um die anfälligen Flügel zu beseitigen. Atsushi Shimizu, Gründer des Energie-Startups Challenergy, baute ein schlankes Design im „Egg Beater“ -Stil mit vertikalen Klingen zwischen der oberen und unteren Plattform, die den gewalttätigen Taifunen Japans standhalten sollen. Shimizus Design kann in beide Richtungen gedreht, aber auch festgezogen werden, um die Drehzahl der Turbine zu regulieren. Es berücksichtigt Japans unvorhersehbare Windmuster und verhindert gleichzeitig Schäden durch unkontrollierte Rotation.
Der erste Feldprototyp wurde 2016 in Okinawa installiert. Die Turbine ist angeblich in der Lage, Energie aus den rotierenden Auftriebskräften starker Winde, den Magnus-Kräften, sowie aus geraden Winden zu gewinnen. Challenergy meldet jedoch auf seiner Website, dass es noch keine Schätzungen zur Stromerzeugung und zu maximal anhaltenden Winden gibt.
Herkömmliche Schaufelturbinen müssen bei Stürmen stillgelegt werden, um die Energieerzeugung zu stoppen. Schwere Stürme mit starkem Wind können dazu führen, dass sie katastrophal ausfallen, wenn der Verriegelungsmechanismus ausfällt, wie dies 2011 bei einer Turbine in Ayrshire, England, der Fall war.
Andere haben vertikalachsige Windkraftanlagen entwickelt, aber die bekannte horizontalachsige Variante mit langen Blättern bleibt aufgrund ihrer Erschwinglichkeit und Effizienz der Standard.
Arindam Gan Chowdhury und sein Team testen mit dieser Strömungsvisualisierung ihr Aerodynamic Mitigation and Power System (AMPS) unter Verwendung von Rauch und Kies. (Arindam Gan Chowdhury) In Miami betreibt Arindam Gan Chowdhury ein Windlabor am International Hurricane Research Center der Florida International University. Diese „Wall of Wind“ besteht aus einer Bank von 12 Ventilatoren, von denen jeder von einem 700-PS-Motor angetrieben wird. Sie kann Stürme mit einer Geschwindigkeit von bis zu 250 km / h erzeugen, was einem Hurrikan der Kategorie 5 entspricht. Die Forschung von Chowdhury konzentriert sich hauptsächlich auf die Minderung von Windeinwirkungen auf Gebäude, aber ein kürzlich durchgeführtes Projekt hat eine neue Dimension hinzugefügt: Energieerzeugung bei gleichzeitiger Unterbrechung schädlicher Winde.
Zusammen mit dem Maschinenbauingenieur der FIU, Andres Tremante, entwickelte Chowdhury ein System von schraubenartigen Turbinen, die auf die gesamte Länge der Traufe oder Dachrinnen eines Gebäudes montiert werden können. Die als AMPS (Aerodynamic Mitigation and Power System) bezeichneten langen Turbinenstrecken unterbrechen die starken Luftwirbel, die von starken Winden erzeugt werden, wenn sie auf ein Gebäude treffen und über die Dachlinie fahren. Diese Wirbel sind für den größten Teil der Dachschäden verantwortlich, reißen Ziegel und Schindeln ab, lassen Regen ein und saugen sogar Dächer von Gebäuden ab, da sie entlang der scharfen Ränder der Gebäude einen Aufwärtshub erzeugen.
"Wir versuchen nicht, Hurrikane zu zähmen", sagt Chowdhury. „Die Reduzierung des Windeffekts auf Gebäude ist unser erstes Kriterium. Dabei haben wir uns überlegt, warum wir nicht etwas Dynamisches erschaffen, das diesen Wind brechen und in einen Freund verwandeln kann, der grüne Energie produziert. “
Seine Vision für die zum Patent angemeldete Technologie ist es, einzelne Gebäude nachhaltiger zu machen und gleichzeitig die Schäden zu verringern, die durch Stürme in jedem Land entstehen. Obwohl das System immer noch getestet wird, sollten die Turbinen laut Chowdhury sogar dazu beitragen, Schäden durch Winde in der Nähe von Tornadosystemen zu reduzieren (wahrscheinlich jedoch nicht bei einem direkten Treffer). Durch die Einspeisung von Strom in ein städtisches Stromnetz oder das Laden von Heimbatteriesystemen, wie sie bereits für Sonnenkollektoren existieren, könnte laut Chowdhury der Strom, der von einem einzelnen Haus während eines Gewitters mit Stromausfall erzeugt wird, problemlos einen kleinen Kühlschrank, ein Handy oder einen Laptop mit Strom versorgen und mehrere Lichter für ein paar Tage.
„Jedes Gebäude muss so autark wie möglich sein“, sagt er. "Die Menschen müssen auf jede Art von Katastrophe vorbereitet sein und ihre eigene Energie liefern können, anstatt sich auf netzgenerierten Strom zu verlassen."
Laut Chowdhury kann AMPS zusätzliche Strommengen selbst aus den allgegenwärtigen fünf bis sieben Meilen pro Stunde starken Winden erzeugen, die Tag und Nacht auf dem gesamten Planeten auftreten.
Mehrere große Dachunternehmen hätten bereits Interesse an einer Kommerzialisierung des Konzepts bekundet, und er und seine Kollegen arbeiteten mit Architekten zusammen, um ästhetisch ansprechende Entwürfe zu entwickeln, die die Dachlinie aufwerten würden.
PB3 PowerBuoy von Ocean Power Technologies vor der Küste von New Jersey im Einsatz (Ocean Power Technologies) 
In der Kaneohe Bay in der Marine Corps Base Hawaii vor der Küste von Oahu wimmelt es von Meereslebewesen um einen PowerBuoy-Meeresbodenanker, der wie ein künstliches Riff wirkt. (Ocean Power Technologies) 
Wenn die Boje durch Wellenbewegungen voll aufgeladen ist, gibt sie überschüssige Energie als Wärme ab. Dies ist möglicherweise ein Anreiz für Fische und andere Meeresbesucher, sich in der Nähe aufzuhalten. (Ocean Power Technologies) Hurrikanwinde sind an sich nicht stark und schädlich, aber sie erzeugen auch Gefahren, wenn das Land in Form großer Wellen auf das Meer trifft. Ein in New Jersey ansässiges Unternehmen konnte aus erster Hand miterleben, wie sich seine Wellenenergie-Bojen während des Hurrikans Irene im Jahr 2011 entwickelten. Einige vielversprechende Hinweise deuten darauf hin, dass die durch Hurrikane und Taifune erzeugten Riesenwellen eines Tages die Leistung steigern könnten, wenn sie passieren.
Laut Deborah Montagna, Vizepräsidentin für Geschäfts- und Projektentwicklung bei Ocean Power Technologies, können die PB3-PowerBuoys des Unternehmens kontinuierlich Strom erzeugen, um Batterien mit einer Kapazität von 44 bis 150 Kilowattstunden aufzuladen. In Zeiten völliger Ruhe reicht diese Energie aus, um alle angeschlossenen Geräte für mehrere Tage mit Strom zu versorgen. Dies hängt vom Strombedarf des jeweiligen Gegenstands ab. Wenn der Akku vollständig aufgeladen ist, wird überschüssige Energie als Wärme freigesetzt, woran laut Montagna die Unterwasserwelt besonders zu erfreuen scheint.
Im Jahr 2011, als der Hurrikan Irene die Ostküste erreichte, fragten die Partner der US Navy und des Heimatschutzes von Ocean Power, ob das Unternehmen vor dem Sturm ihre 10.000 Tonnen schwere Testboje vor der Küste von New Jersey einbringen würde. Nein, sagte das Unternehmen: Wir wollen es draußen lassen und sehen, was passiert.
Unter normalen Bedingungen schickte die Boje stündlich Berichte über ihre Stromerzeugung und andere Analysen - und dies auch weiterhin in Irene.
"Wir haben ständig vollständige Berichte über die Leistung erhalten und durch den Hurrikan Irene Strom erzeugt", sagt Montagna. „Wenn wir eine Grafik hätten, könnten Sie am Tag des Sturms einen großen Sprung in der Stromerzeugung sehen. Wir haben es entworfen, um den 100-jährigen Sturm zu überstehen, aber man weiß nie, wann das auftauchen wird. “
Das Unternehmen arbeitete 2010 mit der Marine in Hawaii zusammen, um zu demonstrieren, wie die Bojen in terrestrische Stromnetze eingebunden werden können. Angesichts des Mangels an ausgereifter Technologie hat sich das Unternehmen in letzter Zeit mehr auf die Erzeugung von Strom auf Abruf für Anwendungen auf See konzentriert. wie Ölplattformen, Forschungsschiffe oder Unterwasserüberwachungsgeräte.
In Miami, so Chowdhury, habe Matthew keine Schäden an Gebäuden angerichtet, aber die 100-Meilen-Winde dort hätten Tausende von Menschen umgehauen. Die Leute testen weiterhin Theorien, um die Energie der Hurrikane zu dämpfen oder zu ernten, aber bisher hat sich nichts geändert.
"Ich sage meinen Schülern, anstatt zu versuchen, mit dem Hurrikan zu spielen, warum man nicht Dinge baut, die klüger und belastbarer sind", sagt er.
