Klasyczne turbiny wiatrowe mogą zniknąć. Naukowcy wiedzą, czym zastąpimy "wiatraki"
Tysiące godzin symulacji sugerują, że jest dużo wydajniejsze źródło pozyskiwania energii niż klasyczne turbiny wiatrowe. Nowe, pionowe turbiny można byłoby ustawiać bardzo blisko siebie, zwiększając w ten sposób ich wydajność.
Turbiny wiatrowe, jakie znamy, mogą odejść w niepamięć. Symulacje naukowe przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Oxford Brookes wskazują, że należy całkowicie zmienić konstrukcję turbin wiatrowych. Jak duża to zmiana?
Czasem najprostsze metody okazują się być najbardziej opłacalne. Wiatr stanowi najczystsze, najtańsze i zawsze dostępne źródło energii, którą można zamienić w energię elektryczną. Naukowcy przeprowadzili badania, w których można jej pozyskać z wiatru jeszcze więcej. Wystarczy... ustawić turbiny do pionu.
Dotychczas elektrownie wiatrowe kojarzyły się nam z wielkimi poziomymi turbinami zasilanymi potężnymi wirnikami składającymi się zazwyczaj z trzech łopat. Przeprowadzone badania wskazują jednak, że wydajniejsze mogą być turbiny pionowe.
Czym turbina pionowa różni się od poziomej?
Zanim jednak o tym, wytłumaczmy różnicę między turbinami poziomymi a pionowymi. Ich orientację określa się względem osi wirnika. Turbiny poziome to te, które znamy z polskich wiatr farmowych: wysoki słup, a na jego boku kręcący się wiatrak. Turbiny pionowe z kolei to te, które pod względem osi rotacji przypominają wirniki helikoptera. W przypadku farmy wiatrowej turbina taka jest umieszczona na szczycie słupa.
Zazwyczaj występujące farmy wiatrowe składają się z wielu turbin stojących w niewielkiej odległości od siebie. Ich słabość polega jednak na tym, że gdy wieje wiatr to najwydajniej pracują tylko te turbiny, w które wiatr uderza najpierw. Obliczenia wskazują, że takie turbiny są w stanie zamienić w energię elektryczną ok. 50 proc. energii kinetycznej wiatru. Kiedy jednak wiatr przejdzie między łopatami wirników, jego przepływ zostanie przez nie zaburzony, a więc i energia kinetyczna spadnie. Dlatego wszystkie kolejne turbiny na danej farmie będą generowały już znacznie mniej energii.
I wtedy wchodzą symulacje komputerowe, całe na biało
Naukowcy z Oxford Brookes University postanowili sprawdzić, czy istnieje taka wersja turbin wiatrowych, które będą w stanie wydajniej zarządzać strumieniem wiatru, aby także dalsze turbiny generowały więcej energii elektrycznej. Ponad 11 000 godzin symulacji komputerowych pozwoliło ustalić, że dużo wydajniejsze od typowych „wiatraków” są turbiny wiatrowe z wirnikami, których oś rotacji ustawiona jest pionowo.
Gdy w symulacji ustawiano turbiny nowego typu parami, to wzajemnie zwiększały one swoją wydajność w generowaniu energii elektrycznej o 15 proc. Inżynierowie wskazują, że turbiny tego typu można stawiać znacznie bliżej siebie, dzięki czemu ich wydajność będzie wzrastała, zamiast maleć, jak to ma miejsce obecnie. Wyższa wydajność oznacza niższe koszty energii elektrycznej.
Badacze przekonują, że wyniki ich symulacji mogą okazać się niezwykle istotne w procesie przechodzenia całego świata na odnawialne źródła energii. Opublikowany niedawno raport Global Wind Report 2021 wskazuje, że aby spełnić cele obecnych traktatów i uniknąć nieodwracalnych zmian klimatu, farmy wiatrowe powinny być instalowane na świecie trzy razy szybciej niż obecnie. Jeżeli będzie można tworzyć gęstsze i wydajniejsze farmy wiatrowe, cel choć trochę się do nas przybliży.
Tekst został pierwotnie opublikowany w kwietniu 2021r.
