• W klasycznych farmach wiatrowych tylko pierwszy rząd wykorzystuje 50% energii wiatru
  • W kolejnym już tylko 25-30%
  • Turbiny pionowe w odpowiedniej formacji wzajemnie się wzmacniają

Tysiące godzin symulacji

Zespół kierowany przez prof. Iakovosa Tzanakisa ze School of Engineering, Computing and Mathematics (ECM) w Oxford Brookes w dogłębnych badaniach po 11,5 tys. godzin symulacji komputerowych wykazał, że kompaktowe turbiny z osią pionową zwiększą wydajność farm wiatrowych w porównaniu do stosowanych dziś turbin z osią poziomą.

Większa wydajność

To pierwsze takie dokonanie. Wynika z niego, że wertykalne urządzenia zachowują się inaczej niż horyzontalne. Pierwsze, ułożone w formacją siatkową wzajemnie się wzmacniają. A odpowiednie rozmieszczenie turbin w celu zmaksymalizowania wydajności ma kluczowe znaczenie dla projektowania farm wiatrowych.


Nasze badanie dowodzi, że przyszłość farm wiatrowych to turbiny o osi pionowej. Można je zaprojektować tak, by były znacznie bliżej siebie, zwiększyły dzięki temu wydajność i doprowadziły ostatecznie do spadku cen energii elektrycznej. W dłuższej perspektywie mogą pomóc przyspieszyć zieloną transformację systemów energetycznych – powiedział prof. Tzanakis.

Wady współczesnych farm wiatrowych

Według Global Wind Report 2021, by osiągnąć cele zerowej emisyjności netto, należy trzykrotnie przyspieszyć rozwój energetyki wiatrowej. Nowoczesne farmy wiatrowe są jednym z najbardziej wydajnych sposobów wytwarzania zielonej energii, mają jednak jedną poważną wadę: gdy wiatr zbliża się do przedniego rzędu turbin, turbulencje będą generowane w dół strumienia i mają negatywny wpływ na działanie kolejnych rzędów – stwierdził Joachim Toftegaard Hansen, główny autor raportu. Innymi słowy, pierwszy rząd zamieni około połowy energii kinetycznej wiatru na energię elektryczną, podczas gdy w tylnym rzędzie wartość ta spadnie do 25-30%. A każda turbina kosztuje ponad 2 mln GBP/MW – dodał.

Kompleksowa analiza

Wielka Brytania liczy na podwojenie krajowej mocy energetyki wiatrowej do 2030 r. Nowe odkrycia mogą pomóc w osiągnięciu tego celu. Badanie Oxford Brookes jest pierwszą kompleksową analizą wielu aspektów działania turbiny wiatrowej: kąta łopat, kierunku obrotów, rozstawu turbin i liczby wirników. Po raz pierwszy sprawdzono też czy wzrost wydajności zachodzi dla trzech ustawionych szeregowo turbin wertykalnych.

Nie można lekceważyć znaczenia metod obliczeniowych w zrozumieniu fizyki przepływu. Tego typu badania projektowe i udoskonalające pochłaniają ułamek kosztów w porównaniu z ogromnymi eksperymentalnymi obiektami testowymi. Jest to szczególnie ważne na początkowym etapie projektowania i zarazem niezwykle przydatne w branżach, które próbują osiągnąć maksymalną wydajność i moc wyjściową projektu – skomentowała dr Mahak, starsza wykładowczyni i współautorka artykułu opublikowanego na podstawie badań.

Artykuł „The research numerical modelling and optimization of vertical axis wind turbine pairs: A scale up approach” został opublikowany w International Journal of Renewable Energy.

Przeczytaj także: Największa na świecie morska farma wiatrowa powstanie w Korei Południowej