Исследования направлены на повышение эффективности ветряных турбин

Вехой в истории возобновляемых источников энергии стал 2008 год, когда в Соединенных Штатах было добавлено больше новых мощностей по производству энергии с помощью ветряных турбин, чем новых угольных электростанций. Стоимость производства энергии с помощью ветряных турбин продолжает снижаться, но многие инженеры считают, что общая конструкция турбин по-прежнему далека от оптимальной.

Новые идеи по повышению эффективности ветряных турбин были недавно представлены на встрече Отделения гидродинамики Американского физического общества в Лонг-Бич, Калифорния.

Одна из проблем, с которыми сталкивается эффективность ветровой энергии, - это сам ветер, в частности, его изменчивость. Аэродинамические характеристики ветряной турбины являются наилучшими при устойчивом ветровом потоке, а эффективность лопастей ухудшается при воздействии таких условий, как порывы ветра, турбулентный поток, след от турбины вверх по потоку и сдвиг ветра.

Теперь новый тип технологии воздушного потока может вскоре повысить эффективность больших ветряных турбин при различных ветровых условиях.

Исследователи из Сиракузского университета Гуаннан Ван, Басман Эль Хадиди, Якуб Вальчак, Марк Глаузер и Хироши Хигучи тестируют новые методы активного управления потоком на основе интеллектуальных систем при поддержке Министерства энергетики США через Консорциум ветроэнергетики Университета Миннесоты. Подход оценивает условия потока над поверхностями лопастей на основе измерений поверхности, а затем передает эту информацию в интеллектуальный контроллер, чтобы реализовать приведение в действие лопастей в реальном времени для управления воздушным потоком и повышения общей эффективности системы ветряной турбины. Работа также может снизить чрезмерный шум и вибрацию из-за отрыва потока.

Первоначальные результаты моделирования показывают, что управление потоком, применяемое на внешней стороне лопасти за пределами половины радиуса, может значительно увеличить общий рабочий диапазон ветряной турбины с той же номинальной выходной мощностью или значительно увеличить номинальную выходную мощность для того же уровня рабочего диапазона. . Команда также исследует характеристический профиль крыла в новой безэховой аэродинамической трубе в Сиракузском университете, чтобы определить характеристики подъемной силы и сопротивления аэродинамического профиля при соответствующем управлении потоком при воздействии крупномасштабного нестабильного потока. Кроме того, влияние управления потоком на спектр шума ветряной турбины будет также оценено и измерено в безэховой камере.

Еще одна проблема с ветровой энергией - это сопротивление, которое испытывают лопасти турбины, когда они ударяют по воздуху. Ученые из Университета Миннесоты изучали эффект уменьшения сопротивления при размещении крошечных канавок на лопастях турбины. Канавки имеют форму треугольных гребней, врезанных в покрытие на поверхности лезвия. Они настолько мелкие (от 40 до 225 микрон), что не видны человеческому глазу, поэтому лезвия выглядят идеально гладкими.

Используя испытания в аэродинамической трубе поверхностей аэродинамического профиля турбины мощностью 2,5 мегаватт (что становится одним из популярных отраслевых стандартов) и компьютерное моделирование, они изучают эффективность различных геометрий канавок и углов атаки (расположение лопастей относительно воздушного потока. ).

Подобные винты уже использовались в парусах на парусных лодках, участвовавших в последней регате Кубка Америки, и на авиалайнере Airbus, где они обеспечивали снижение лобового сопротивления примерно на 6 процентов. Конструкция лопастей ветряных турбин поначалу была очень похожа на конструкцию крыльев самолетов. Но из-за различных инженерных проблем, таких как лопасти турбины, имеющие гораздо более толстое поперечное сечение вблизи ступицы, и ветряные турбины, которые должны справляться со специфической турбулентностью у земли, снижение лобового сопротивления для ветряных турбин не будет таким же. P>

Исследователи из Университета Миннесоты Роджер Арндт, Леонардо П. Чаморро и Фотис Сотиропулос полагают, что риблеты повысят эффективность ветряных турбин примерно на 3 процента.