Знайдено спосіб підвищити ефективність вітряка на 200%: у чому суть дивовижного рішення

Горизонтально-осьові вітряні турбіни мають показник вібрації на 77% нижчий, ніж трилопатеві аналоги.

Дослідники зі Школи інженерії EPFL розробили технологію на основі алгоритмів машинного навчання для оптимізації потоків повітря в конструкціях горизонтально-осьових вітряних турбін (VAWT), пише Interesting Engineering.

VAWT, що обертаються перпендикулярно до вітру, мають такі переваги, як більш висока щільність енергії вітру. Крім того, вони працюють тихіше через більш повільне обертання і менший просторовий слід за еквівалентної вихідної потужності як на суші, так і на морі. Незважаючи на ці переваги, VAWT досить рідкісні на сучасному ринку вітроенергетики.

Команда вчених запропонувала два профілі для лопатей горизонтальних турбін, які призведуть до 200-відсоткового підвищення ефективності турбіни і 77-відсоткового зниження вібрацій.

Через вертикально розташовану вісь обертання орієнтація лопатей щодо вітру постійно змінюється. Динамічний зрив — це явище, за якого сильний порив збільшує кут між потоком повітря і лопаттю, створюючи вихор. Лопаті не здатні витримувати миттєві структурні навантаження, створювані цими вихорами. Однак дослідники встановили датчики на приводному валу лопаті, щоб оцінити сили, що діють на нього, і усунути цю відсутність опору поривам вітру. Змінюючи кут, швидкість і амплітуду зворотно-поступального руху лопаті, вони створили масив "профілів кроку".

Після цього ШІ виконав понад 3500 пробних повторень. Алгоритм визначив найнадійніші та найефективніші профілі кроку й об'єднав ці характеристики для створення нової поліпшеної конструкції.

Підхід, використаний командою, дав змогу перетворити головний недолік VAWT на перевагу і розкрити дві серії профілів кроку, які значно збільшують довговічність і ефективність турбіни. Профілі підвищують ефективність на 200% і знижують руйнівні вібрації на 77%, оптимізуючи продуктивність вітряка.

Для розроблення експериментальної вітряної електростанції команда отримала грант BRIDGE від Швейцарського національного наукового фонду (SNSF). Мета полягає в тому, щоб перевірити, як вона реагує на реальні умови в режимі реального часу.

"Ми сподіваємося, що цей метод управління потоком повітря дасть змогу вивести ефективну і надійну технологію VAWT на новий рівень, і вона нарешті стане доступною для комерційного використання", — сказали вчені.