Două turbine eoliene de mici dimensiuni, montate una în spatele celeilalte și rotindu-se în sensuri opuse, pot produce cu 37% mai multă energie decât o turbină singulară. Aceasta este concluzia unei echipe de cercetători conduse de Shuo Zhang, care a analizat modul în care micro-turbinele pot valorifica mai bine energia vântului.
Urmărește cele mai noi producții video TechRider.ro
- articolul continuă mai jos -
Majoritatea oamenilor asociază energia eoliană cu turbinele de mari dimensiuni, amplasate în câmpuri întinse sau offshore. Însă micro-turbinele — cu un diametru de mai puțin de 200 de milimetri — devin tot mai importante în contextul actual, marcat de creșterea utilizării dispozitivelor autonome și a senzorilor de mediu în locații izolate. Aceste mici generatoare pot alimenta de la stații de monitorizare a schimbărilor climatice în regiuni arctice până la dispozitive IoT folosite în agricultură inteligentă.
Problema acestor turbine de dimensiuni reduse a fost, până acum, eficiența aerodinamică scăzută și costurile mai mari per kilowatt. În mod obișnuit, o mare parte din energia vântului se pierde după ce trece prin paletele turbinei, fiind disipată sub formă de turbulențe în spatele acesteia.
Echipa de cercetători a utilizat o tehnică avansată, numită velocimetrie stereoscopică cu imagini de particule, pentru a observa cum se comportă fluxul de aer în spatele unei turbine. Metoda presupune utilizarea laserelor și a particulelor trasoare pentru a crea o hartă 3D a fluxului de aer, scoțând la iveală detalii imposibil de detectat cu metode tradiționale.
Rezultatele au arătat că turbulențele din urma turbinei conțin încă o cantitate semnificativă de energie rotațională. Prin amplasarea unei a doua turbine, care se rotește în sens invers, la o distanță egală cu de 12 ori raza turbinei, această energie poate fi captată și transformată în electricitate suplimentară. „Surprinzător, aranjamentul contra-rotativ depășește constant cel co-rotativ — chiar și la distanțe mici, unde recuperarea energiei este dificilă”, a explicat Michaël Pereira, coautor al studiului.
Secretul acestei performanțe îmbunătățite stă în fizica specifică turbinelor de mici dimensiuni. Spre deosebire de turbinele mari, acestea operează la viteze mai reduse, cu un cuplu mai mare, ceea ce imprimă vântului o mișcare de răsucire distinctă. A doua turbină, concepută special pentru a funcționa în aceste condiții, poate valorifica această energie, care altfel s-ar pierde.
Cercetătorii compară acest principiu cu modul în care funcționează turbinele cu mai multe trepte din motoarele cu reacție, unde fluxul de aer este exploatat etapizat pentru o eficiență maximă. „Sugerează că, asemenea turbinelor cu mai multe trepte din motoarele cu reacție, micro-turbinele eoliene ar putea beneficia de un design optimizat în aval — exploatând nu doar forța vântului, ci și răsucirea acestuia”, a adăugat Pereira.
Implicațiile acestui studiu sunt importante pentru aplicațiile care necesită surse de energie autonome și reziliente, departe de rețelele tradiționale. Sistemele cu micro-turbine ar putea alimenta infrastructuri critice, comunități off-grid, stații de încărcare pentru drone sau roboți de teren.
„Acest studiu oferă o bază experimentală care ghidează proiectarea unui sistem optimizat în ceea ce privește rapoartele de viteză la vârful palelor și distanța dintre rotoare”, mai arată concluzia cercetării, publicată în Journal of Renewable and Sustainable Energy.
Prin valorificarea energiei ascunse în turbulențele create de micile turbine, cercetătorii speră să contribuie la dezvoltarea unor soluții de energie regenerabilă mai eficiente și mai accesibile, adaptate nevoilor tot mai diverse ale lumii moderne.
