Новые исследования нацелены на повышение эффективности ветряков через передовое управление потоком

В 2008 году США добавили больше ветряковой мощности, чем угольной, отмечая переломный момент для возобновляемой энергетики. Хотя стоимость ветряков продолжает падать, инженеры согласны, что общий дизайн все еще отстает от оптимальной производительности.

< недавние прорывы были показаны на заседании Дивизиона динамики жидкостей Американского физического общества в Лонг-Биче, Калифорния.

Вариабельность ветра — порывы, турбулентность, задние следы вверх по течению и сдвиг — остается основным вызовом к эффективности лопастей. Стационарный поток доставляет пиковую производительность, но реальные условия эродируют её.

Исследователи Сиракузского университета пионерят интеллектуальный системный подход, активно контролирующий воздушный поток над лопастями турбины в реальном времени, потенциально повышая эффективность по разнообразным ветровым режимам.

Ведуемые Гуаннаном Ван, Басманом Эль Хадиди, Якубом Вальчаком, Марком Глаузер и Хироси Хигучи, команда — поддержанная Министерством энергетики США и Консорциумом ветровой энергии Университета Миннесота — использует поверхностные датчики для оценки локального потока и передает данные предиктивному контроллеру, корректирующему геометрию лопасти на лету.

Предварительные симуляции указывают, что применение управления потоком за серединой радиуса лопасти может расширить операционный конверт турбины или повысить номинальную мощность без изменения текущей мощности.

Параллельная работа в новой безэховой ветровой трубе Сиракуза измеряет подъемную силу, лобовое сопротивление и шумовые спектры прототипных профилей лопастей под контролируемым неустойчивым потоком, предоставляя критические валидационные данные.

Другая линия исследований борется с лобовым сопротивлением лопастей через микрорябки-ребрики — крошечные треугольные ребра глубиной всего 40–225 мкм — невидимо покрываемые на поверхности. Эти ребрики, невидимые глазу, целятся в подражание технологиям снижения лобового сопротивления, доказанным на паруснике и Airbus A380.

Ветротуннельные тесты на профилях 2,5-МВт турбин, комбинированные с вычислительными исследованиями, оценивают, как геометрия ребрика и угол атаки влияют на производительность.

Предыдущие применения ребриков на парусах последней America's Cup и на коммерческих авиалайнерах достигли примерно 6% снижения лобового сопротивления, демонстрируя жизнеспособность концепции.

Лопасти ветряков отличаются от крыльев самолетов: они имеют более толстые сечения ближе к хабу и работают в наземной турбулентности, поэтому выгоды снижения лобового сопротивления отличаются.

Исследователи Роджер Арндт, Леонардо П. Чаморро и Фотис Сотириопулос оценивают, что ребрики могут поднять эффективность турбины примерно на 3% в реальных условиях.