В статье, опубликованной в журнале Nature Communications на этой неделе (22 августа), показано, как инженеры из американского университета разработали комплексную математическую модель аэродинамики роторов ветряных турбин.
Спонсорами выступили европейский производитель ветряных турбин Siemens Gamesa и Национальный научный фонд США.
Исследование выявило многочисленные пробелы в научном понимании аэродинамики роторов, что, по его словам, привело к внесению множества исправлений в академическую литературу с целью адаптации знаний XIX и XX веков к ситуациям XXI века, включая современные ветровые электростанции.
Авторы — Джейми Лью, Кирби Хек и Майкл Хоуленд с факультета гражданского и экологического строительства Массачусетского технологического института — утверждают, что их работа кардинально меняет эту ситуацию, возвращаясь к первоосновам и создавая «единую модель импульса», которая устраняет необходимость в сложных корректировках старых математических моделей.
Следовательно, он может «эффективно прогнозировать выработку мощности, силу тяги и динамику следа роторов при произвольных углах набегающего потока и коэффициентах тяги без эмпирических поправок», — говорится в статье.
Это происходит благодаря ««Учитывая как несоосность ротора и притока, так и дефицит давления в следе ротора», — говорят авторы.
Исследование может оказать значительное влияние на производителей и операторов ветряных турбин, повысив эффективность отдельных турбин и, как следствие, целых ветряных электростанций. Оно также может улучшить способ проектирования роторов, утверждают авторы.
Операторам ветряных электростанций необходимо постоянно настраивать ветряные турбины для оптимизации выработки электроэнергии в крайне изменчивых условиях.
По словам Хоуленда, математическую модель команды можно немедленно применить к этой проблеме.
«Именно это нас так воодушевляет — то, что это имеет непосредственный и прямой потенциал для воздействия на всю цепочку создания стоимости ветроэнергетики», — сказал он новостному агентству Массачусетского технологического института.
Хоуленд и его команда разработали модель, сначала используя теоретическую математику, которая отклонялась от устоявшихся представлений об аэродинамике, а затем проверив свою новую модель с помощью компьютерного моделирования.
Исследование является последним в серии недавних научных работ, в которых математика и компьютерное моделирование используются для улучшения прогнозирования и предсказуемости в ветроэнергетике.
Например, специалисты по обработке данных из кампуса Оканаган Университета Британской Колумбии (UBC) в Келоуне, Канада, и Делфтского технологического университета (TU Delft) в Нидерландах в прошлом году выпустили среду с открытым исходным кодом для моделирования потоков ветра на типичных ветровых электростанциях, которая, по их утверждению, может улучшить прогнозирование выработки ветровых электростанций.
Совсем недавно инженеры в Швейцарии использовали алгоритмы для проектирования регулируемых лопастей для ветряных турбин с вертикальной осью вращения.
