В статье, опубликованной в журнале Nature Communications на этой неделе (22 августа), показано, как инженеры американского университета разработали комплексную математическую модель аэродинамики роторов ветряных турбин.
Его спонсировали европейский производитель ветряных турбин Siemens Gamesa и Национальный научный фонд США.
Исследование выявило множество пробелов в научном понимании аэродинамики ротора, что, по его словам, привело к множеству исправлений в академической литературе с целью адаптации знаний 19-го и 20-го веков к ситуациям 21-го века, включая современные ветряные электростанции.
Авторы, Джейми Лью, Кирби Хек и Майкл Хоуленд из Школы гражданского и экологического проектирования Массачусетского технологического института, говорят, что их работа меняет эту ситуацию, возвращаясь к основным принципам и создавая «единую модель импульса», которая устраняет необходимость сложных корректировок старых математические модели.
Таким образом, он может «эффективно прогнозировать выработку энергии, силу тяги и динамику следа несущих винтов при произвольных углах входа и коэффициентах тяги без эмпирических поправок», говорится в документе.
Он делает это в ««При этом учитывается как несоосность между ротором и набегающим потоком, так и дефицит давления в следе ротора», — говорят авторы.
Исследование может оказать существенное влияние на производителей и операторов ветряных турбин за счет повышения эффективности отдельных турбин и, следовательно, целых ветряных электростанций. По словам авторов, это также может улучшить конструкцию ротора.
Операторы ветряных электростанций должны постоянно настраивать ветряные турбины для оптимизации производства в самых разных условиях.
По словам Хауленда, математическая модель команды может быть немедленно применена к этой проблеме.
«Это то, что нас так воодушевляет: это имеет непосредственный и прямой потенциал повлиять на всю цепочку создания стоимости ветроэнергетики», — сказал он MIT Media.
Хоуленд и его команда разработали модель, сначала используя теоретическую математику, отходящую от давно устоявшихся знаний в области аэродинамики, а затем проверив свою новую модель с помощью компьютерного моделирования.
Это исследование является последним в серии недавних научных работ, в которых математика и компьютерное моделирование помогают улучшить прогнозирование и предсказуемость в ветроэнергетике.
Например, исследователи данных из кампуса Оканагана Университета Британской Колумбии (UBC) в Келоуне, Канада, и Делфтского технологического университета (TU Delft) в Нидерландах в прошлом году опубликовали структуру с открытым исходным кодом для моделирования ветровых потоков на типичных ветряных электростанциях, которая по их словам, может улучшить прогнозы производства ветроэлектростанций.
Совсем недавно швейцарские инженеры использовали алгоритмы для разработки регулируемых лопастей для ветряных турбин с вертикальной осью.
