Инженеры прилагают все усилия, чтобы максимально использовать возможности ветряных турбин, размещая лопасти на высоких башнях на гребнях холмов или в милях от берега над диким, незащищенным океаном. Новое исследование выявило интересную кривую, которая может открыть новые возможности для производства возобновляемой энергии, демонстрируя, как турбины, расположенные за холмами, на самом деле могут производить большее количество энергии, чем те, что находятся на открытом воздухе.
Исследование проводилось в Университете Твенте в Нидерландах и имело целью выяснить, как в некоторых обстоятельствах ветряные турбины могут получить выгоду от размещения за холмами. Ученые сделали это с помощью техники аэродинамического моделирования, называемой моделированием больших вихрей, которая позволила им смоделировать влияние трехмерного холма на работу турбин с подветренной стороны.
В основе моделирования лежала турбина высотой 90 метров с 63-метровыми лопастями, размещенная в 756 метрах за холмом высотой 90 метров. Как ни странно, команда обнаружила, что при некоторых условиях именно эта компоновка фактически увеличивала выработку энергии турбиной примерно на 24 процента.
Аэродинамическое моделирование показало, что ветряные турбины могут производить больше энергии, если их разместить за холмами. Фото: Dr Srinidhi Gadde
«Скорость ветра сразу за холмом ниже, что создает зону низкого давления», - объясняет автор исследования доктор Ричард Стивенс. «Эта зона низкого давления засасывает воздух сверху, где ветер намного сильнее, чем у земли. Это означает, что ветряная турбина не должна быть выше, чтобы использовать преимущества сильного ветра на больших высотах».
Этот эффект сочетается с другим, связанным с изменением направления ветра, когда он дует над холмом, что увеличивает интенсивность сил, распространяющихся по турбине.
Моделирование показывает, что поток ветра при низкой скорости ветра (синий) поворачивается вверх за холмом, помещая ветряную турбину (вертикальная линия) в более сильный поток ветра (красный). Фото: University of Twente
«Кроме того, ветер над холмом дует в другом направлении, чем ветер у земли», - говорит Стивенс. «Это заставляет медленно движущийся воздух отклоняться от ветряной турбины (см. Выше), позволяя турбине позади холма извлекать выгоду из сильного потока».
Хотя исследование показывает, что некоторые турбины, размещенные за холмами в определенных условиях, могут производить большее количество энергии, есть и другие факторы, которые следует учитывать. Моделирование показывает, что это усиление ветра приводит к увеличению турбулентности, что может вызвать больший износ турбин. Ученые продолжают исследовать, перевешивают ли преимущества тип ущерба, который могут понести турбины, и можно ли воспроизвести этот рост производительности в более широких реальных условиях.
«В этой конкретной ситуации, когда есть только один холм, производство энергии выше, но реальная местность намного сложнее», - говорит Стивенс.
Исследование было опубликовано в журнале Renewable Energy.
Источник: New Atlas / University of Twente
