Учені створили нову модель вітряної турбіни для підвищення потужності у важких умовах

Нова модель ґрунтується на фундаментальній фізиці і може бути використана для оптимізації конструкції та роботи роторів у різних додатках.

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту розробили модель єдиного імпульсу, яка точно відображає аеродинаміку роторів навіть у складних ситуаціях, таких як вплив сили вітру, швидкості або зміна кутів нахилу лопатей, пише interestingengineering.com.

Ця інженерна модель розроблена для інструментів швидкого прототипування, контролю та оптимізації. Нова модель може допомогти оптимізувати планування і роботу вітряних електростанцій, що призведе до збільшення виробництва електроенергії та зниження витрат.

Одним із найцікавіших аспектів цієї нової моделі є її потенціал для застосування. Це означає, що вітряні електростанції зможуть оптимізувати налаштування наявних турбін у режимі реального часу — без будь-якого оновлення обладнання. У такий спосіб можна буде максимізувати вихідну потужність, гарантуючи водночас безпеку.

Попередня модель, відома як теорія імпульсу, була розроблена в XIX столітті і широко використовувалася. Однак вона має обмеження, коли йдеться про більш високі сили та швидкості. Нова модель вирішує ці обмеження шляхом поєднання ретельного обчислювального аеродинамічного моделювання. Наприклад, у вихідній моделі передбачалося, що падіння тиску повітря відразу за ротором швидко повернеться до нормального тиску навколишнього середовища. Однак, у міру збільшення сили тяги, створюваної ротором, це припущення стає дедалі більш неточним.

Дослідники виявили, що вихідна модель стала неточною на межі Бетца, яка є "теоретичним максимальним ККД" для вітряних турбін. Ця межа вказує на те, що жодна вітряна турбіна не може вловлювати понад 59,3% кінетичної енергії вітру. Згідно з прогнозом Бетца про те, де слід експлуатувати турбіни, і в межах 10% від цього експлуатаційного заданого значення, яке максимізує потужність, теорія погіршується і не працює.

Цікаво, що ця нова модель змінює розрахунок межі Бетца, маючи на увазі, що вітряні турбіни можуть виробляти дещо більше енергії, ніж передбачалося раніше. Нова модель пояснює стратегії максимізації відбору потужності від турбін, які відхиляються від оптимального вирівнювання з повітряним потоком — сценарій, який не враховується межею Бетца.

Крім того, команда Массачусетського технологічного інституту розробила новий спосіб подолати обмеження вихідної моделі, заснованої на спрощеному одновимірному описі повітряного потоку. Для цього вони використовували фундаментальні рівняння, які були розроблені для прогнозування підйомної сили тривимірних крил.

Команда вже почала польові випробування з використанням аеродинамічних труб.