Ce se întâmplă dacă adaugi un rotor mai mic la o turbină eoliană

Anupam Sharma (stânga) și Hui Hu (dreapta) vor să îmbunătățească performanța turbinelor eoliene. Foto: Christopher Gannon.

Doi profesori de inginerie aerospațială de la Universitatea de Stat Iowa au făcut mai multe experimente interesante pe o turbină eoliană printată 3D. Iată ce s-a întâmplat când cei doi oameni de știință s-au gândit să adauge un al doilea rotor – unul mai mic – la turbina eoliană.

Potrivit unui comunicat de presă de la Universitate, profesorii au încercat, prin acest experiment, să îmbunătățească eficiența turbinelor eoliene și să explice în același timp două probleme comune la eolienele mari, înalte, cu trei pale.

Mai întâi, spune profesorul Hui Hu, au verificat baza fiecărei lame. Acestea sunt piese structurale mari, rotunde, și nu seamănă cu aripa unui avion. Tocmai din acest motiv, ele nu pot să valorifice vântul, reducând eficiența unei turbine cu aproximativ 5%.

În al doilea rând, lamele mari perturbă vântul, afectând recoltarea energiei la orice fel de turbină. Mai mult, profesorul Hu spune că o turbină eoliană expusă turbulențelor provenite de la altă turbină poate pierde, în funcție de condiții, între 8 și 40% din producția de energie.

Aceste pierderi i-au determinat pe oamenii de știință Hui Hu și Anupam Sharma, profesor asistent de inginerie spațială la Universitatea de Stat Iowa, să caute o soluție, iar datele lor sugerează că au găsit una.

Inginerii americani au echipat turbina eoliană cu un rotor secundar mai mic. Un model are trei lame mari și trei lame mici prinse în același tub. Celălalt are un rotor mic, montat în partea din față a rotorului mare, cele două seturi de lame fiind separate prin nacela care găzduiește generatorul pe partea de sus a turnului.

Această simulare prezintă aerul care trece printr-o turbină eoliană cu două rotoare. Cele trei linii din partea din față sunt lamele rotorului principal; rotorul secundar este încorporat în inelul din apropierea centrului. Imagine de Anupam Sharma.

„Ca să rezolvăm aceste probleme, am pus un rotor mic pe turbină și am constatat că, cu două rotoare pe același turn, obții mai multă energie”, precizează profesorul Hu.

După numeroase teste de laborator și simulări pe calculator, Hui și Sharma au observat că aceste lame suplimentare pot crește cu 18% producția de energie într-un parc eolian!

„Vorbim aici de tehnologii destul de mature – o creștere de 10 până la 20% este o schimbare mare”, spune Sharma.

Inginerii au toate șansele să continue cercetarea, pentru că descoperirea lor a atras atenția celor interesați de tehnologiile curate. Centrul de Energie Iowa le-a acordat profesorilor un premiu anual de 116.000 de dolari pentru a-și lansa studiul.

Hu face experimente pe turbina cu două rotoare și folosește tehnologii menite să-l ajute să înțeleagă fizica fluxului de aer care trece prin și în spatele unei turbine eoliene rotative.

Anupam Sharma se ocupă de simulări avansate pe calculator, inclusiv calcule ce țin de dinamica fluidelor, pentru a găsi cel mai bun design aerodinamic pentru o turbină cu două rotoare. De asemenea, profesorul încearcă să afle unde ar trebui să fie amplasat al doilea rotor, cât de mare ar trebui să fie acesta, și dacă ar trebui să se rotească în aceeași direcție ca și rotorul principal sau în direcția opusă.

Având speranța de a obține performanțe mai bune, Hu și grupul său de cercetare fac, de asemenea, teste într-un tunel aerodinamic pentru a vedea cum dealurile, văile și plasarea turbinelor eoliene influențează productivitatea parcurilor eoliene pe uscat.

Până acum, inginerii au aflat că, pe un teren plat, o turbină eoliană montată în spatele unei alte turbine își pierde din randament.

„Când studiem mult, găsim tot mai multe probleme. În cercetare, însă, cel mai dificil lucru nu este rezolvarea problemei, ci găsirea problemei”, punctează profesorul Hui Hu.