Ветряные турбины станут мощнее и дешевле: инженеры разработали улучшенные роторы

Команда ученых под руководством Майка Джонга из Университета Вирджинии разработала новые конструкции роторов, которые должны значительно повысить мощность и производительность морских ветровых турбин. Исследование опубликовано в журнале Applied Energy.

Потребность в более крупных и эффективных турбинах для ветряных электростанций растет, поэтому нужны новые технологии для максимального повышения выработки энергии при минимизации веса ротора и связанных с этим затрат. Авторы в своей работе учли сложную динамику структуры жидкости, которая является критически важной при таких размерах.

"Наши исследования сосредоточены на разработке экономически эффективных роторов ветряных турбин беспрецедентных размеров, предназначенных для работы в открытом море, где ветры сильнее", — подчеркнул Майкл Джонг.

Он вместе с командой рассчитал размер и форму лопастей ветряных турбин для трех различных инновационных роторов, все из которых направлены на аэродинамическое увеличение выработки электроэнергии. Ученые спроектировали роторы с малой, средней и большой шириной лопастей относительно ее длины и смоделировали турбины, чтобы предсказать, какой из трех вариантов покажет наилучшие результаты в условиях сильного порыва ветра, типичного для морских условий. Моделирование показало, что одна из конструкций — с умеренно сбалансированной шириной лопастей — показала наилучшие результаты в целом, вырабатывая наибольшую мощность при сохранении меньшего веса и стоимости.

Регулируя конусность ротора, которая представляет собой угол за пределами стандартной плоскости вращения, наклона ротора от вертикальной плоскости и геометрии конструкции лопастей, исследователи достигли высокой эффективности захват энергии за счет максимального увеличения площади ротора при его минимальной стоимости. Они также обратили внимание на коэффициенте подъемной силы ротора, который указывает, насколько хорошо лопасти с тем или иным поперечным сечением улавливает ветер. Оптимизировав эти параметры, удалось создать особую структуру для проектирования чрезвычайно больших лопастей с высокой эффективностью.

"Влияние работы Майкла выходит за рамки одной конструкции турбины. Она закладывает основу для будущих инноваций в технологии ветроэнергетики", — заявил Профессор Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии Эрик Лот, возглавляющих группу по проектированию одной из крупнейших в мире ветряных турбин мощностью 25 МВт.