Czy kiedykolwiek zadawaliśmy sobie pytanie, dlaczego turbina wiatrowa ma dokładnie taki kształt? Okazuje się, że projekt dzisiejszych łopat przymocowanych do wiatraków bazuje na podstawowych zasadach aerodynamiki. Te natomiast po raz pierwszy opisano jeszcze w XIX wieku. Dzisiaj mamy zupełnie inny klimat – nie ten polityczny, ale w atmosferze. Coraz częściej dochodzi do ekstremalnych zjawisk pogodowych, na które elektrownie wiatrowe nie są właściwie przygotowane.
Czytaj też: Słowacja zamknęła ostatnią elektrownię węglową. To skąd oni teraz czerpią energię?
Zespół inżynierów z MIT opublikował w Nature Communications spójny model fizyczny opisujący przepływ powietrza wokół wirników w ekstremalnych warunkach, czyli podczas silnych podmuchów lub ustawienia pod kątem do kierunku wiatru. Model składający się z szeregu wzorów matematycznych jest gotowy do implementacji w procesie projektowania nowych turbin jak i całych farm wiatrowych.
Elektrownie wiatrowe mogą być projektowane na podstawie nowego modelu fizycznego
Naukowcy tłumaczą, że dotychczas stosowane metody obliczeniowe oparte na klasycznych zasadach aerodynamiki były wysoce niedokładne. Nierzadko projektanci turbin musieli uwzględniać w swojej pracy dodatkowe współczynniki korekcyjne oparte na obserwacjach empirycznych. Nowy model fizyczny w sposób spójny i bez potrzeby dodatkowych korekt opisuje przepływ powietrza.
Czytaj też: Tej inwestycji nic nie wstrzyma. Milionerzy postawili elektrownię dla własnego widzimisię
Czytając komunikat prasowy EurekAlert, możemy dowiedzieć, że podstawy energetyki wiatrowej bazują na równaniach opisujących interakcje wirników z płynnym otoczeniem (powietrzem, wodą itd.). Dzięki temu w 1920 roku została obliczona maksymalna ilość energii, którą można uzyskać z wiatru. Ten limit, zwany granicą Betza (od nazwiska fizyka Alberta Betza), stanowi dokładnie 59,3 proc. energii kinetycznej wiatru.
Co się okazało, najnowszy model przesuwa tę granicę o kilka procent dalej! Zasada, która rządziła energetyką wiatrową przez stulecie, została w pewien sposób obalona. Teraz wiemy, jak zmaksymalizować moc turbin, które są niewspółosiowe z przepływem powietrza, czego granica Betza w ogóle nie uwzględniała.
Czytaj też: Problemy z energią znikną za 12 lat? Elektrownie termojądrowe: wielkie nadzieje i jeszcze większe pieniądze
Model uczonych z MIT nazwano zunifikowanym modelem pędu. Powstał na podstawie analizy teoretycznej, którą zweryfikowano za pomocą modelowania dynamiki płynów. W dalszych krokach naukowcy chcą sprawdzić prawdziwość swojego modeli za pomocą testów w tunelu aerodynamicznych i w terenie. Dodajmy, że opracowany system obliczeń może mieć o wiele szersze zastosowanie. Dotyczy on przepływu płynów, zatem wykorzystamy go także w projektowaniu śmigieł do samolotów czy turbin hydrokinetycznych na rzekach.