Ученые создали новую модель ветряной турбины для повышения мощности в тяжелых условиях

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали модель единого импульса, которая точно отображает аэродинамику роторов даже в сложных ситуациях, таких как воздействие силы ветра, скорости или изменение углов наклона лопастей, пишет interestingengineering.com.

Эта инженерная модель разработана для инструментов быстрого прототипирования, контроля и оптимизации. Новая модель может помочь оптимизировать планировку и работу ветряных электростанций, что приведет к увеличению производства электроэнергии и снижению затрат.

Одним из наиболее интересных аспектов этой новой модели является ее потенциал для применения. Это означает, что ветряные электростанции смогут оптимизировать настройки существующих турбин в режиме реального времени — без какого-либо обновления оборудования. Таким образом можно будет максимизировать выходную мощность, обеспечивая при этом безопасность.

Предыдущая модель, известная как теория импульса, была разработана в XIX веке и широко использовалась. Однако у него есть ограничения, когда речь идет о более высоких силах и скоростях. Новая модель решает эти ограничения путем сочетания тщательного вычислительного аэродинамического моделирования. Например, в исходной модели предполагалось, что падение давления воздуха сразу за ротором быстро вернется к нормальному давлению окружающей среды. Однако по мере увеличения силы тяги, создаваемой ротором, это предположение становится все более неточным.

Исследователи обнаружили, что исходная модель стала неточной на пределе Бетца, который является "теоретическим максимальным КПД" для ветряных турбин. Этот предел указывает на то, что ни одна ветряная турбина не может улавливать более 59,3% кинетической энергии ветра. Согласно прогнозу Бетца о том, где следует эксплуатировать турбины, и в пределах 10% от этого эксплуатационного заданного значения, которое максимизирует мощность, теория ухудшается и не работает.

Интересно, что эта новая модель изменяет расчет предела Бетца, подразумевая, что ветряные турбины могут производить несколько больше энергии, чем предполагалось ранее. Новая модель поясняет стратегии максимизации отбора мощности от турбин, которые отклоняются от оптимального выравнивания с воздушным потоком — сценарий, который не учитывается пределом Бетца.

Кроме того, команда Массачусетского технологического института разработала новый способ преодолеть ограничения исходной модели, основанной на упрощенном одномерном описании воздушного потока. Для этого они использовали фундаментальные уравнения, которые были разработаны для прогнозирования подъемной силы трехмерных крыльев.

Команда уже начала полевые испытания с использованием аэродинамических труб.