Вітряні турбіни стануть потужнішими та дешевшими: інженери розробили поліпшені ротори

Команда вчених під керівництвом Майка Джонга з Університету Вірджинії розробила нові конструкції роторів, які мають значно підвищити потужність і продуктивність морських вітрових турбін. Дослідження опубліковано в журналі Applied Energy.

Потреба у більших та ефективніших турбінах для вітряних електростанцій зростає, тож потрібні нові технології для максимального підвищення вироблення енергії за мінімізації ваги ротора та пов'язаних із цим витрат. Автори у своїй роботі врахували складну динаміку структури рідини, яка є критично важливою за таких розмірів.

"Наші дослідження зосереджені на розробці економічно ефективних роторів вітряних турбін безпрецедентних розмірів, призначених для роботи у відкритому морі, де вітри сильніші", — наголосив Майкл Джонг.

Він разом із командою розрахував розмір і форму лопатей вітряних турбін для трьох різних інноваційних роторів, усі з яких спрямовані на аеродинамічне збільшення вироблення електроенергії. Вчені спроектували ротори з малою, середньою та великою шириною лопатей відносно їхньої довжини і змоделювали турбіни, щоб передбачити, який з трьох варіантів покаже найкращі результати в умовах сильного пориву вітру, типового для морських умов. Моделювання показало, що одна з конструкцій — з помірно збалансованою шириною лопатей — показала найкращі результати загалом, виробляючи найбільшу потужність при збереженні меншої ваги і вартості.

Регулюючи конусність ротора, яка являє собою кут за межами стандартної площини обертання, нахилу ротора від вертикальної площини та геометрії конструкції лопатей, дослідники досягли високої ефективності захоплення енергії за рахунок максимального збільшення площі ротора за його мінімальної вартості. Вони також звернули увагу на коефіцієнті підйомної сили ротора, який вказує, наскільки добре лопаті з тим чи іншим поперечним перерізом вловлюють вітер. Оптимізувавши ці параметри, вдалося створити особливу структуру для проєктування надзвичайно великих лопатей з високою ефективністю.

"Вплив роботи Майкла виходить за рамки однієї конструкції турбіни. Вона закладає основу для майбутніх інновацій у технології вітроенергетики", — заявив Професор Школи інженерії та прикладних наук Університету Вірджинії Ерік Лот, який очолює групу з проєктування однієї з найбільших у світі вітряних турбін потужністю 25 МВт.

Раніше писали, що в Китаї створили найпотужніший у світі морський вітрогенератор на 26 МВт. Він отримав величезні лопаті діаметром 310 метрів і ротор, що охоплює площу вітру, яка дорівнює 10,5 футбольного поля.