研究は風力タービンの効率を高めることを目的としています

再生可能エネルギーの歴史における画期的な出来事は、2008年に、新しい石炭火力発電よりも多くの新しい風力タービン発電容量が米国に追加されたときに発生しました。風力タービンで発電するコストは下がり続けていますが、多くのエンジニアは、タービンの全体的な設計はまだ最適とはほど遠いと感じています。

風力タービンの効率を高めるための新しいアイデアは、カリフォルニア州ロングビーチで開催された米国物理学会の流体力学部門の会議で最近発表されました。

風力エネルギーの効率が直面する問題の1つは、風そのもの、具体的にはその変化の可能性です。風力タービンの空力性能は、安定した風の流れの下で最高であり、突風、乱流、上流のタービンの伴流、ウインドシアなどの条件にさらされると、ブレードの効率が低下します。

現在、新しいタイプのエアフローテクノロジーにより、さまざまな風の条件下で大型風力タービンの効率がすぐに向上する可能性があります。

シラキュース大学の研究者であるGuannanWang、Basman El Hadidi、Jakub Walczak、Mark Glauser、Hiroshi Higuchiは、ミネソタ大学風力エネルギーコンソーシアムを通じて米国エネルギー省の支援を受けて、新しいインテリジェントシステムベースのアクティブフロー制御方法をテストしています。このアプローチでは、表面測定からブレード表面の流れの状態を推定し、この情報をインテリジェントコントローラーに供給して、ブレードにリアルタイムの作動を実装し、気流を制御して風力タービンシステムの全体的な効率を高めます。この作業により、流れの分離による過度の騒音や振動も低減される可能性があります。

初期のシミュレーション結果は、半分の半径を超えてブレードの外側に適用されたフロー制御が、同じ定格出力で風力タービンの全体的な動作範囲を大幅に拡大するか、同じレベルの動作範囲で定格出力を大幅に増加させる可能性があることを示唆しています。チームはまた、シラキュース大学の新しい無響風洞施設で特徴的な翼型を調査し、大規模な流れの不安定性にさらされている間、適切な流れ制御で翼型の揚力と抗力の特性を決定しています。さらに、風力タービンの騒音スペクトルに対するフロー制御の影響も、無響室で評価および測定されます。

風力エネルギーに関するもう1つの問題は、抗力です。これは、タービンブレードが空気を叩くときに感じる抵抗です。ミネソタ大学の科学者たちは、タービンブレードに小さな溝を配置することによる抗力低減効果に注目しています。溝は、ブレード表面のコーティングに刻まれた三角形のリブレットの形をしています。それらは非常に浅く（40〜225ミクロン）、人間の目では見ることができず、ブレードは完全に滑らかに見えます。

2.5メガワットのタービン翼型表面の風洞試験（一般的な業界標準の1つになります）とコンピューターシミュレーションを使用して、さまざまな溝の形状と迎え角（気流に対してブレードがどのように配置されているか）の有効性を調べています。 。

このようなリブレットは、前回のアメリカズカップのレガッタに参加したヨットの帆やエアバスの旅客機で以前に使用されており、抗力が約6％減少しました。風力タービンのブレードの設計は、最初は飛行機の翼の設計と非常に似ていました。しかし、ハブに近い断面がはるかに厚いタービンブレードや、地面近くの特有の乱流に対処する必要がある風力タービンなど、さまざまなエンジニアリング上の懸念があるため、抗力の低減は風力タービンの場合とまったく同じではありません。

ミネソタ大学の研究者であるRogerArndt、Leonardo P. Chamorro、Fotis Sotiropoulosは、リブレットによって風力タービンの効率が約3％向上すると考えています。