Привычные сейчас традиционные винтовые ветряные турбины в будущем могут быть заменены ветряными электростанциями с более компактными и эффективными вертикальными турбинами. Новое исследование Оксфордского университета Брукса показало, что конструкция вертикальной турбины намного более эффективна, чем традиционные турбины в крупных ветряных электростанциях, а при парной установке вертикальные турбины увеличивают производительность до 15%.

Исследовательская группа из Школы инженерии, вычислений и математики в Оксфорд-Брукс под руководством профессора Яковоса Цанакиса провела углубленное исследование с использованием более 11 500 часов компьютерного моделирования, чтобы показать: ветряные фермы могут работать более эффективно, заменяя традиционные пропеллерные ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT).

Вертикальные турбины более эффективны, чем традиционные ветряные турбины

Исследование впервые демонстрирует в реалистичном масштабе потенциал крупномасштабных VAWT (ветряные турбины с вертикальной осью) по сравнению с нынешними турбинами ветряных электростанций HAWT.

VAWT вращаются вокруг оси, вертикальной к земле, и они демонстрируют поведение, противоположное хорошо известной конструкции пропеллера (HAWT). Исследование показало, что VAWT повышают эффективность друг друга, если расположены в виде сетки. Расположение ветряных турбин для максимальной отдачи имеет решающее значение при проектировании ветряных электростанций.

Профессор Цанакис комментирует: «Это исследование доказывает, что будущее ветряных электростанций должно быть вертикальным. Ветровые электростанции с вертикальной осью могут быть спроектированы таким образом, чтобы они были намного ближе друг к другу, что повысило их эффективность и, в конечном итоге, снизило цены на электроэнергию. В долгосрочной перспективе они могут помочь ускорить переход наших энергетических систем к «зелёному», чтобы получать больше чистой и устойчивой энергии из возобновляемых источников».

Учитывая, что к 2030 году мощность ветроэнергетики в Великобритании увеличится почти вдвое, полученные данные являются ступенькой к разработке более эффективных ветровых электростанций, пониманию крупномасштабных методов сбора энергии ветра и, в конечном итоге, к совершенствованию технологии возобновляемой энергии для более быстрой замены ископаемого топлива в качестве источников энергии.

Экономичный способ достижения целей в области ветроэнергетики

Согласно Глобальному отчёту о ветре 2021 года, мир должен устанавливать ветроэнергетику в три раза быстрее в течение следующего десятилетия, чтобы достичь чистых нулевых целей и избежать наихудших последствий изменения климата.

Ведущий автор отчёта и выпускник бакалавриата технических наук Йоахим Тофтегаард Хансен прокомментировал: «Современные ветряные электростанции являются одним из наиболее эффективных способов получения зелёной энергии, однако у них есть один серьёзный недостаток: когда ветер приближается к переднему ряду турбин, возникает турбулентность, которая отрицательно сказывается на производительности последующих рядов. Другими словами, передний ряд будет преобразовывать около половины кинетической энергии ветра в электричество, тогда как для заднего ряда это число снижается до 25-30%. Каждая турбина стоит более 2 миллионов фунтов стерлингов за МВт. Кажется, что должен быть более экономичный способ».

Это первое исследование, в котором всесторонне проанализированы многие аспекты характеристик ветряных турбин, касающиеся угла установки, направления вращения, расстояния между турбинами и количества роторов. Это также первое исследование, в котором выясняется, сохраняются ли улучшения производительности для трёх турбин VAWT, установленных в серию.

Доктор Махак, соавтор статьи, и старший преподаватель комментирует: «Нельзя недооценивать важность использования вычислительных методов для понимания физики потока. Это особенно важно на начальном этапе проектирования и чрезвычайно полезно для отраслей, стремящихся достичь максимальной проектной эффективности и выходной мощности».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *