Исследователи нашли способ быстрее проверять методы повышения эффективности ветряных турбин. Для этого они использовали аэродинамическую трубу с высоким давлением, которая позволяет воспроизводить физические условия, близкие к работе крупных установок в атмосфере. Результаты опубликованы в открытом доступе в журнале PNAS Nexus.
В эксперименте применялась модель турбины диаметром 15 сантиметров. Давление в установке достигало 240 атмосфер, а плотность воздуха увеличивалась в 100–220 раз. Благодаря этому испытания соответствовали работе турбин диаметром от 15–20 до 35 метров.
Учёные проверили, как на выработку энергии влияют направление установки относительно ветра и скорость движения концов лопастей. Оказалось, что при отклонении турбины от направления воздушного потока мощность можно заметно увеличить, меняя только скорость вращения концов лопастей. Такой способ управления сегодня редко используют на ветропарках, хотя он почти не требует дополнительных затрат.
Полученные данные также подтвердили расчётную модель, разработанную командой Майкла Хоулэнда, профессора карьерного развития имени Джеффри Чиа в Массачусетском технологическом институте. Модель позволяет оценивать работу турбин в разных условиях без традиционных эмпирических поправок и достаточно проста для запуска на обычном ноутбуке.
«Непосредственный эффект этого исследования заключается в том, что мы улучшили и подтвердили модели, которые используются в протоколах управления действующими ветропарками», — сказал Хоулэнд. По его словам, в среднесрочной перспективе новый подход позволит быстрее создавать прототипы, проверять расчёты и изучать варианты конструкций и стратегий управления.
Оптимизация ориентации турбины относительно ветра, угла установки лопастей и скорости их концов потенциально способна приносить десятки тысяч долларов дополнительного дохода с каждой турбины ежегодно. В работе участвовали специалисты Массачусетского технологического института, Университета Куинс, Университета штата Пенсильвания и Принстонского университета; поддержку проекту оказали канадский Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям, Национальный научный фонд США и альянс MIT-GE Vernova, о чём сообщается на сайте MIT.