Перейти к основному содержанию
x
По мере того, как мысли о переходе на возобновляемые источники энергии, все крепче укореняются в головах инженеров, политиков и обычных людей, проживающих по всему миру, развиваются и технологии, которые в перспективе могут обеспечить значительный рост эффективности объектов «зеленой энергетики».

Ветряные турбины вышли на новую ступень энергоэффективности

По мере того, как мысли о переходе на возобновляемые источники энергии, все крепче укореняются в головах инженеров, политиков и обычных людей, проживающих по всему миру, развиваются и технологии, которые в перспективе могут обеспечить значительный рост эффективности объектов «зеленой энергетики».

Ученые из университета Вайоминга, США, разработали концепцию ветряной турбины, мощность которой превышает показатель для аналогичных существующих механизмов в разы. Секрет столь высокой производительности – в размерах лопастей, загребающих воздушный поток.

«Энергия ветра станет действительно важным компонентом производства электроэнергии», - сказал инженер Джонатан Нотон из Университета Вайоминга в Ларами. Он признал, что скептики сомневаются в жизнеспособности возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце, потому что они зависят от погоды и изменчивы по своей природе, поэтому поэтому их трудно контролировать и прогнозировать.

«Это правда, - сказал он, - но есть способы преодолеть этот недостаток».

Нотон и Чарльз Менево из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, организовали мини-симпозиум на 73-м ежегодном собрании Отделения гидродинамики Американского физического общества, на котором исследователи описали перспективы и проблемы гидродинамики энергии ветра.

По словам Нотона, для того, чтобы энергия ветра была полезной и приемлемой, исследователям необходимо разрабатывать эффективные и недорогие системы. Это означает лучшее понимание физических явлений, которые управляют ветряными турбинами во всех масштабах. Три года назад Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США собрала 70 экспертов со всего мира, чтобы обсудить состояние этой области фундаментальных физических знаний. В 2019 году группа опубликовала грандиозные научные задачи, которые необходимо решить, чтобы энергия ветра обеспечивала до половины потребности в электроэнергии.

Одна из этих задач заключалась в том, чтобы лучше понять физику той части атмосферы, в которой работают турбины. «Ветер - это действительно проблема механики атмосферных жидкостей», - сказал Нотон. «Но то, как ветер ведет себя на уровнях, где работают турбины, по-прежнему является областью, где нам нужна дополнительная информация», - подчеркнул он.

 

«Современные турбины имеют лопасти, которые могут вытягиваться от 50 до 70 метров», - сказал Пол Вирс, главный инженер Национального центра ветроэнергетики NREL. Эти башни возвышаются над своими окрестностями на 100 и более метров. «На офшорных территориях они становятся еще больше», - сказал Вирс.

Преимущество строительства больших турбин состоит в том, что для ветряной электростанции потребуется меньше ресурсов для её строительства и обслуживания, а также для доступа к мощным ветрам, протекающим на большой высоте. Но гигантские электростанции функционируют в масштабах, которые не были хорошо изучены.

«У нас действительно хорошая способность понимать атмосферу и работать с ней в действительно больших масштабах», - сказал Вирс. «И такие ученые, как Джонатан и Чарльз, проделали потрясающую работу с гидродинамикой, чтобы понять малые масштабы. Но между этими двумя есть область, которая недостаточно изучена».

Другой задачей будет изучение структурной и системной динамики этих гигантских вращающихся машин. Ветры взаимодействуют с лопастями, которые изгибаются и крутятся. Вращающиеся лезвия дают начало высоким числам Рейнольдса. В этой области наука разобралась еще недостаточно хорошо.

По словам Вирса, мощные вычислительные подходы могут помочь раскрыть физику. «Мы развиваем вычислительные методы, насколько это возможно. Это приводит нас к самым быстрым и самым большим компьютерам, которые существуют прямо сейчас», - добавил ученый.

Третья проблема ветрогенерации, как отметил Нотон, - это изучение поведения компактно расположенных турбин. Каждая турбина создает след в атмосфере, и по мере того, как этот след распространяется вниз по потоку, он взаимодействует со следами от других турбин. Остаточные следы могут сочетаться; они также могут мешать работе других турбин.

Исследователь назвал ветроэнергетику «проблемой огромного масштаба». Поскольку он связывает мелкомасштабные проблемы, такие как взаимодействие турбин с воздухом, с проблемами гигантского масштаба, такими как атмосферное моделирование, ветровая энергия потребует опыта и вклада из различных областей для решения проблем. «Ветер - один из самых дешевых видов энергии. Но по мере развития технологий вопросы становятся все сложнее», - сказал он.

Источник: sciencedaily

Редактор: Марышев Павел