Magnusova větrná turbína
Při zběžném pohledu na větrnou turbínu využívající Magnusův jev (efekt) budete trochu pochybovat, zda je možné, aby se roztočila a dokonce generovala energii. Nemá totiž žádné profilové listy ani lopatky a plochy vystavující se náporu větru.
Jde o válec, případně kulovitý objekt, na jehož povrchu se odehrává zvláštní jev popsaný německým fyzikem Heinrichem Gustavem Magnusem.
Co je Magnusův jev
V dostatečné vzdálenosti od rotujícího válce není proud vzduchu narušen, proto se pohybuje rychlostí větru. Jak se dostane do kontaktu s rotujícím válcem, pohybuje se vzduch po jedné straně v opačném směru, než je směr větru, drsnost povrchu tyče způsobuje tření, které strhává vzduch ve směru své rotace. Rychlost tohoto vzduchu je stejná jako rychlost válce a vznikne gradient rychlosti. Na opačné straně tyč urychluje vzduch po směru své rotace. Vzduch poté proudí rychleji, než je rychlost větru.
Podle Bernoulliova zákona vyšší rychlost vzduchu na jedné straně způsobí pokles tlaku než pomalejší vzduch na straně protější. Vzniká tím síla působící na válec, která se nazývá Magnusův jev.
statický válec v půdorysu – při obtékání vzduchem nevzniká magnusův efekt
rotující válec, vznik magnusova efektu
Efekt lze vyvolat pouze u rotujících předmětů tvaru válce, či koule. Poznámka pod čarou: Objevují se i zmínky o pokusech s toroidním tvarem (toroidem je třeba americká cukrovinka donut).
Praktické využití efektu je dnes nejčastěji zmiňované jako větrný pohon lodí bez plachet. Vztyčený válec za pomocí motoru rotuje kolem středu. Vítr obtéká válec a vzniká magnusův efekt, který pohání loď kupředu.
Hybridní větrná turbína: Magnus a odporová turbína
Běžně známé větrné turbíny jsou statickou instalací. Jsou tedy pevně ukotvené k povrchu Země, případně instalované na objektech pevně spojených se zemským povrchem. Výjimkou jsou experimenty s létajícími větrnými turbínami, ale to je jiná kapitola. Podmínkou pro vznik magnusova efektu je uvést válce do rotačního pohybu.
Instalace magnusova pohonu použitá na lodi přenesená do pevně ukotvené verze větrníku na zemi však znamená nutnost aktivně roztáčet válec a zároveň z něj těžit energii z rotačního pohybu.
Nabízí se možnost umístit na jednu vertikální osu všesměrovou turbínu (savonius a další typy odporových turbín) spolu s magnusovou turbínou, tedy válcem s hrubým povrchem. Odporová turbína poté roztáčí válec magnusovi turbíny, která generuje výslednou energii. Tyto hybridní turbíny jsou však na okraji zájmu.
Další variantou hybridní turbíny je kombinace všesměrové odporové turbíny s magnusovými válci na výložnících.
Vertikální turbína - magnusovy turbíny na výložnících
Tato skupina turbín má centrální osu rotace napojenou na generátor a válce vyvolávající magnusův jev jsou umístěné na výložnících v počtu minimálně dvou kusů. Další, často popisovanou variantou, jsou turbíny se třemi válci na výložnících. Jelikož magnusův jev vzniká při rotaci válce, je nutné všemi válci aktivně točit kolem vertikální osy.
V praxi se používá buď společného motoru s mechanickými rozvody ke každému válci, což je mechanicky náročnější varianta. Nebo je každá magnusova turbína vybavená vlastním motorem.
V okamžiku, kdy se rameno s magnusovou turbínou nachází na závětrné straně turbíny, je nutné přepnout směr rotace válce, aby nebrzdil. Složitost tím jen narůstá. Pro inspiraci je zde odkaz na produkční řadu komerčních turbín: stránky výrobce vertikálních magnusových turbín s deflektorem (English)
Horizontální magnusova turbína - směrová turbína
Turbína vypadá jako horizontální vztlaková turbína, ale místo aerodynamických listů je vybavena několika rotujícími válci – magnusovými turbínami.
Rotující válce jsou symetricky rozmístěné kolmo na střed rotační osy celé turbíny. Tato osa je spojená s elektrickým generátorem umístěným v gondole větrníku. Jedná se tak o směrovou turbínu, kdy je potřeba vždy natáčet čelo turbíny kolmo na směr větru.
Objevují se projekty vylepšující vlastnosti turbín usměrněním proudu větru do stoupajícího víru přidáním malých lopatek na oba konce tubusu magnusovi turbíny. Více o experimentu se dočtete na: Zvýšení Magnusova efektu přidáním lopatek https://smartservo.org/ways-enhance-magnus-effect-en/
Zařízení pracující na Magnusově jevu mají potenciál pracovat od nízké rychlosti větru. Běžně se uvádí startovací rychlost již od 3 m/s s efektivní rychlostí větru 6 m/s . Počítá se dokonce s pracovním rozsahem rychlostí od 2 do 40 m/s. U některých turbín je možné se setkat s papírovou účinností větší než 50 %. Tady bych byl opatrný, protože údaj se blíží maximální teoretické účinnosti, takzvaný Betzův zákon (59,3%) a není zcela jasné, zda je účinnost již očištěná o energii, kterou je nutné vydat pro rotaci válců.
