Badania przeprowadzone na Uniwersytecie Oxford Brookes pokazują, że turbiny pionowe, zwane też wertykalnymi, są znacznie bardziej wydajne niż tradycyjne turbiny śmigłowe. Ustawione w siatkę zwiększają wydajność nawet o 15%.
Wizualizacja: Oxford Brookes
- 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
Konferencje Inżynieria
WIEDZA. BIZNES. ATRAKCJE
Sprawdź najbliższe wydarzenia
Aby dodać komentarz musisz być zalogowany. Przejdź do formularza logowania/rejestracji.