Бесплатная энергия на крыше дома: инженеры разработали новую эффективную ветряную турбину

Ветряные турбины с вертикальной осью довольно компактны, но, как правило, имеют относительно низкую эффективность. Команда ученых из Индии, Италии и Сингапура придумала новую конструкцию, которая должна стать идеальной для работы на крыше городского дома, она опубликовала свое исследование в журнале Nature.

Она создала турбину с вертикальной осью и двумя наборами лопастей, вращающихся одновременно в разных направлениях. По словам ученых, такая конструкция обеспечивает более высокую мощность, чем отдельные турбины благодаря синергетическому взаимодействию, что делает их идеальными для применения на крышах домов в городах. Кстати, ранее компания стартап Cell Technologies предложил турбину Blade X1, которую тоже можно устанавливать на зданиях.

Результаты исследования оптимизации показали увеличение мощности на 14% по сравнению с традиционными ветрогенераторами вертикального типа. Лопасти новой турбины состоят из профиля NACA 0018 с длиной хорды 0,12 м и длиной самой лопасти 2 м соответственно. Основное преимущество перед обычной вертикальной турбиной заключается в том, что система не требует дополнительных механизмов против вращательного момента.

Ученые использовали устройство для захвата ветра на основе ветряной турбины и подняли его в воздух на специальном аэростате. Компьютерный анализ потоков показал, что такой подход увеличивает выходную мощность на 32% и увеличивает мгновенный крутящий момент на 40% во время динамической остановки. Устройство улучшает перенаправление потока к плоскости ротора, достигая прироста мощности на 58% при угле перекоса 10°. Подавляя завихрения на кончике лопасти, он также может уменьшить шум, что особенно полезно в городах.

Портативная система подходит для крыш с ограниченным пространством, требует меньше турбин, чтобы удовлетворить потребности в энергии, одновременно уменьшая шум и улучшая эстетичность. Особенности конструкции также позволяют сочетать ветрогенератор с другими технологиями возобновляемых источников энергии, такими как солнечные модули, для более стабильного производства электричества.

Человечество активно осваивает возобновляемые источники энергии, но генерацию с помощью ветра трудно использовать в городах из-за угрозы шума, плотности застройки и ограниченности воздушных потоков. Поэтому инженеры все чаще исследуют конструкции маломасштабных турбин, как с горизонтальной, так и с вертикальной осью.

Доказано, что вертикальные ветрогенераторы являются более жизнеспособным вариантом для городов благодаря тому, что могут улавливать ветер с любой стороны и способны работать во время турбулентных порывов. Кроме того, они несколько проще в обслуживании и производстве.

Вертикальные турбины с прямыми лопастями были лучшим выбором из-за простоты их конструкции и общей эффективности и эффективности по сравнению с другими типами, однако сложная динамика потока снижала их производительность по сравнению с горизонтальными ветряками. Основными причинами этого считают динамическую остановку, вихревое взаимодействие лопасти с ветром. Последние исследования были направлены на повышение общей эффективности турбины путем подавления или смягчения этих потерь.

Ранее Фокус писал, почему не стоит покупать вертикальные ветрогенераторы, которые продаются в магазинах. Большинство моделей имеют очень низкую эффективность, которая нивелирует все преимущества конструкций.