Инженеры-механики проектируют и разрабатывают новые способы повышения производительности ветровых электростанций. Вы, вероятно, видели их, возможно, в длинных поездках: ветряные турбины с огромными гипнотическими вращающимися лопастями, использующие чистую силу ветра для преобразования в электрическую энергию. Что вы можете не знать, так это то, что из-за взрыва числа используемых ветряных турбин, поскольку мы используем более чистые источники энергии, эти ветряные электростанции, возможно, не настолько продуктивны, как могли бы.

На фото: Туман на оффшорной ветряной электростанции показывает образование ветровых теней между ветряными турбинами. Фото: VATTENFALL.

«Мы проектировали турбины для использования сами по себе, но мы почти никогда не используем их сами по себе», – сказал профессор машиностроения Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Паоло Луццатто-Фегиз, специализация которого – механика жидкости. Исторически, по его словам, ветряные турбины использовались по отдельности или в небольших группах, но, поскольку мир движется в сторону более экологически чистых энергетических технологий, их теперь можно найти в группах из сотен или тысяч.

Проблема этих больших установок заключается в том, что каждая машина, которая была разработана для извлечения как можно большего количества энергии от встречного ветра, может не «хорошо играть» с другими, пояснил Луццатто-Фегиз. В зависимости от того, как турбины расположены относительно друг друга и преобладающего ветра, те, которые не находятся непосредственно на пути ветра, могут быть оставлены для извлечения энергии из значительно истощенного воздушного потока.

«Эти турбины в настоящее время очень хороши для извлечения энергии из ветра, но они также формируют эти очень большие тени от ветра», – сказал Луццатто-Фегиз, который является ведущим автором «Модели увлечения для полностью развитых ветровых электростанций: влияние атмосферной устойчивости и идеальный предел для производительности ветряных электростанций », опубликовано в журнале Американского физического общества Physical Review Fluids . Подобно тому, как конструкции могут ослаблять поток света от одной стороны к другой, энергия ветра также уменьшается, поскольку она течет от передней части турбины к ее задней части. В результате не все турбины в ветропарке оправдывают свой потенциал.

«Итак, вы можете видеть, что дело не в том, чтобы упаковывать больше турбин на вашем участке земли, потому что в какой-то момент вы достигнете этой убывающей отдачи», – сказал он. «Есть момент, когда, если вы продолжите добавлять турбины, количество энергии, которое вы получите, станет меньше».

Однако, по словам Луццатто-Фегиза и соавтора Colm-cille P. Caulfield, профессора Кембриджского университета в Великобритании, есть способы обойти эту проблему уменьшения отдачи ветра. И, по их словам, эти улучшения могут привести к улучшению порядка производства энергии ветряными электростанциями.

Основная цель, по мнению исследователей, состоит в том, чтобы дать всем турбинам доступ к высокоскоростному воздушному потоку, из которого они могут извлекать большее количество энергии. Поскольку ветер над фермой намного быстрее, чем между турбинами, смешивание воздушного потока вслед за турбинами с воздухом над ним может стать ключом к увеличению отдачи от стоимости вашего ветротурбины.

«Если бы вы могли как-то изобрести гаджет, который для каждой из этих турбин приводит к тому, что эти следы очень быстро смешиваются, вы могли бы получить эти огромные улучшения», – сказал Луццатто-Фегиз.

Еще одно потенциальное решение – это относительно новая версия ветряной турбины, в которой лопасти вращаются по вертикальной оси – как лопасти яйцеклетки – в отличие от традиционной горизонтальной оси.

«Они сами по себе не так хорошо работают, но важно то, что они, по сути, могут вызывать гораздо более сильное смешение в своих следах», – сказал он, – «и люди показали, что если вы поместите их в расположение, в котором они вращаются в противоположных направлениях» друг с другом они могут вызвать очень хорошее смешивание».

Модели, разработанные исследователями, могут привести к более эффективной работе ветряных электростанций, которые в некоторых случаях могут не потребовать столько турбин, как считалось ранее, что снижает потенциальные затраты. Модели также могут привести к нестандартным решениям, которые включают конкретную местность фермы и местные погодные условия.

«Мы очень рады, что можем смоделировать все это очень точно», – сказал Луццатто-Фегиз.

По материалам phys.org