Найден способ повысить эффективность ветряка на 200%: в чем суть удивительного решения

Исследователи из Школы инженерии EPFL разработали технологию на основе алгоритмов машинного обучения для оптимизации потоков воздуха в конструкциях горизонтально-осевых ветряных турбины (VAWT), пишет Interesting Engineering.

VAWT, вращающиеся перпендикулярно ветру, обладают такими преимуществами, как более высокая плотность энергии ветра. Кроме того, они работают тише из-за более медленного вращения и меньшего пространственного следа при эквивалентной выходной мощности как на суше, так и на море. Несмотря на эти преимущества, VAWT довольно редки на современном рынке ветроэнергетики.

Команда ученых предложила два профиля для лопастей горизонтальных турбин, которые приведут к 200-процентному повышению эффективности турбины и 77-процентному снижению вибраций.

Из-за вертикально расположенной оси вращения ориентация лопастей по отношению к ветру постоянно меняется. Динамический срыв — это явление, при котором сильный порыв увеличивает угол между потоком воздуха и лопастью, создавая вихрь. Лопасти не способны выдерживать мгновенные структурные нагрузки, создаваемые этими вихрями. Однако исследователи установили датчики на приводном валу лопасти, чтобы оценить силы, действующие на него, и устранить это отсутствие сопротивления порывам ветра. Изменяя угол, скорость и амплитуду возвратно-поступательного движения лопасти, они создали массив "профилей шага".

После этого ИИ выполнил более 3500 пробных повторений. Алгоритм определил наиболее надежные и эффективные профили шага и объединил эти характеристики для создания новой улучшенной конструкции.

Подход, использованный командой, позволил превратить главный недостаток VAWT в преимущество и раскрыть две серии профилей шага, которые значительно увеличивают долговечность и эффективность турбины. Профили повышают эффективность на 200% и снижают разрушительные вибрации на 77%, оптимизируя производительность ветряка.

Для разработки экспериментальной ветряной электростанции команда получила грант BRIDGE от Швейцарского национального научного фонда (SNSF). Цель состоит в том, чтобы проверить, как она реагирует на реальные условия в режиме реального времени.

"Мы надеемся, что этот метод управления потоком воздуха позволит вывести эффективную и надежную технологию VAWT на новый уровень, и она наконец станет доступной для коммерческого использования", — сказали ученые.