Ветровая турбина с инновационным дизайном

Последние статистические данные минэкоэнерго Украины говорят о положительной динамике роста ВИЭ. В структуре генерации электроэнергии по результатам за 2019 год ВИЭ составили 3,6% и их уровень приблизился к уровню генерации ГЭС и ГАЭС – 5,2%.

Факты роста возобновляемой энергетики подтверждаются во всем мире. Управление энергетической информации США опубликовало итоговые данные о структуре энергобаланса за 2019 год. Из них следует, что впервые в истории страны производство электроэнергии на ветровых электростанциях превзошло производство на ГЭС. В будущем доля ветра в энергобалансе США будет только увеличиваться и к 2030 году может составить 20%.

В 2019 г. ветер стал самым массовым источником возобновляемой энергии в США. По данным Управления энергетической информации США (EIA), за прошлый год ветровые электростанции выработали 300 млн МВт. ч энергии, это на 26 млн МВт. ч больше, чем от гидроэлектростанций.

Понятно, что речь идет о больших ветроэлектростанциях, где размещены ветровые турбины с номинальной мощностью (при скорости ветра 12 м/с) 2,5 МВт и выше. Последние данные говорят о том, что в Нидерландах уже введены в эксплуатацию ветряки, мощностью 12 мегаватт. Правда, такие мощности требуют серьезных конструкций по высоте мачты и размаху лопастей.

И в части совершенствования аэродинамики лопастей ветрогенераторов ведется постоянная изыскательская работа инженеров многих известных компаний, изготавливающих такое оборудование. Одну из таких разработок — инновационный «биплан-дизайн» ветряных турбин, представил университетский колледж Лос-Анджелеса UCLA (University of California Los Angeles).

Известно, что самолеты-бипланы с двухъярусными крыльями сохранились только в музеях авиации, на черно-белых фотографиях и в реконструкциях баталий Первой Мировой войны на киноэкране. Благодаря инновационной разработке инженеров UCLA двухъярусная конструкция крыла может перекочевать в зеленую энергетику и значительно повысить производительность ветровых турбин.

Современные ветровые турбины, как правило, имеют три лопасти, причем длина каждой может достигать протяженности футбольного поля, а вес бывает сопоставим с весом самолета Boeing-737. В конструкции, предложенной инженерами UCLA, каждая турбина раздваивается со стороны ротора и сходится в одну на середине.

Каковы же преимущества предложенного инженерного решения? Такая форма увеличивает прочность огромных лопастей и позволяет при сохранении тех же размеров и используемых материалов уменьшить их вес на 45%. Отчет об эффективности применения такой конструкции для ветрогенераторов опубликован в журнале Renewable Energy.

Работа над дизайном лопастей-бипланов началась на базе UCLA в 2008 году, а в 2017 году был получен патент. Профессор Ричард Вирц и два аспиранта с его кафедры сначала создали компьютерную модель, которая продемонстрировала преимущества биплана над обычными лопастями, а затем сконструировали сегмент лопасти длиной в один метр и в ходе тестирования в аэродинамической трубе подтвердили результаты компьютерного моделирования.

Испытание показало, что новый дизайн незначительно увеличивает выработку энергии в сравнении с одноплоскостными лопастями сопоставимой длины.  В последние годы ветровые турбины обзавелись лопастями длиной до ста метров каждая и весом до шестидесяти тонн, потому что именно такие размеры позволяют добывать максимум энергии из силы ветра. Однако, чем больше становится турбина, тем она дороже в производстве, транспортировке и монтаже.

Уменьшение веса лопастей удешевит производство и установку ветряков, и значительно больше компаний смогут позволить себе покупку такого оборудования. С другой стороны, облегченные лопасти позволят поднять мачту ветряной установки еще выше и дотянуться до более мощных потоков воздуха, а значит, увеличить производительность.

С удешевлением выработки электроэнергии увеличится доля ветряных электростанций на рынке. Для сравнения: сейчас этот вид энергетики занимает менее 7% «энергетического пирога» Соединенных Штатов, где объем выработки в 2018 году составил 272 ТВт. ч. В тоже время, одно из последних исследований ученых, говорит о том, что ветряки в Северной Атлантике могут обеспечить "зеленой" энергией весь мир, в том числе и ветровые турбины с предложенным дизайном.

По материалам источника:

Спасибо за ваше внимание.smiley Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения.