Безплатна енергія на даху дому: інженери розробили нову ефективнішу вітряну турбіну

Вітряні турбіни з вертикальною віссю доволі компактні, але, як правило, мають відносно низьку ефективність. Команда вчених із Індії, Італії та Сінгапуру придумала нову конструкцію, яка має стати ідеальною для роботи на даху міського будинку, вона опублікувала своє дослідження у журналі Nature.

Вона створила турбіну з вертикальною віссю та двома наборами лопатей, що обертаються одночасно в різних напрямках. За словами вчених, така конструкція забезпечує вищу потужність, ніж окремі турбіни завдяки синергетичній взаємодії, що робить їх ідеальними для застосування на дахах будинків у містах. До речі, раніше компанія стартап Cell Technologies запропонував турбіну Blade X1, яку теж можна встановлювати на будівлях.

Результати дослідження оптимізації показали збільшення потужності на 14% порівняно з традиційними вітрогенераторами вертикального типу. Лопаті нової турбіни складаються з профілю NACA 0018 з довжиною хорди 0,12 м і довжиною самої лопаті 2 м відповідно. Основна перевага перед звичайною вертикальною турбіною полягає у тому, що система не вимагає додаткових механізмів проти обертального моменту.

Вчені використали пристрій для захоплення вітру на основі вітряної турбіни і підняли його у повітря на спеціальному аеростаті. Комп'ютерний аналіз потоків показав, що такий підхід збільшує вихідну потужність на 32% і збільшує миттєвий крутний момент на 40% під час динамічного зупинення. Пристрій покращує перенаправлення потоку до площини ротора, досягаючи приросту потужності на 58% при куті перекосу 10°. Пригнічуючи завихрення на кінчику лопаті, він також може зменшити шум, що особливо корисно у містах.

Портативна система підходить для дахів з обмеженим простором, потребує менше турбін, щоб задовольнити потреби в енергії, одночасно зменшуючи шум і покращуючи естетичність. Особливості конструкції також дозволяють поєднувати вітрогенератор з іншими технологіями відновлюваних джерел енергії, такими як сонячні модулі, для стабільнішого виробництва електрики.

Людство активно освоює відновлювальні джерела енергії, але генерацію за допомогою вітру важко використовувати у містах через загрозу шуму, щільність забудови та обмеженість повітряних потоків. Тому інженери все частіше досліджують конструкції маломасштабних турбін, як з горизонтальною, так і з вертикальною віссю.

Доведено, що вертикальні вітрогенератори є більш життєздатним варіантом для міст завдяки тому, що можуть вловлювати вітер з будь-якого боку і здатні працювати під час турбулентних поривів. Крім того, вони дещо простіші у обслуговуванні та виробництві.

Вертикальні турбіни з прямими лопатями були найкращим вибором через простоту їх конструкції та загальну ефективність і ефективність порівняно з іншими типами, однак складна динаміка потоку знижувала їх продуктивність порівняно з горизонтальними вітряками. Основними причинами цього вважають динамічну зупинку, вихрову взаємодію лопаті з вітром. Останні дослідження були спрямовані на підвищення загальної ефективності турбіни шляхом придушення або пом’якшення цих втрат.

Раніше Фокус писав, чому не варто купувати вертикальні вітрогенератори, які продаються у магазинах. Більшість моделей мають дуже низьку ефективність, яка нівелює всі переваги конструкцій.