풍력 터빈의 효율성 향상을 목표로 하는 연구

재생 에너지 역사의 이정표는 2008년에 미국에서 새로운 석탄 화력 발전보다 더 많은 새로운 풍력 터빈 발전 용량이 추가된 때 발생했습니다. 풍력 터빈으로 전력을 생산하는 비용은 계속해서 떨어지고 있지만 많은 엔지니어는 터빈의 전체 설계가 여전히 최적이 아니라고 생각합니다.

풍력 터빈의 효율성을 향상시키기 위한 새로운 아이디어가 최근 캘리포니아 롱비치에서 열린 American Physical Society Division of Fluid Dynamics 회의에서 발표되었습니다.

풍력 에너지의 효율성이 직면한 한 가지 문제는 바람 자체, 특히 바람의 가변성입니다. 풍력 터빈의 공기 역학적 성능은 일정한 바람 흐름에서 가장 좋으며, 돌풍, 난류, 상류 터빈 후류 및 윈드 시어와 같은 조건에 노출되면 블레이드의 효율성이 저하됩니다.

이제 새로운 유형의 기류 기술이 곧 다양한 바람 조건에서 대형 풍력 터빈의 효율성을 높일 수 있습니다.

Syracuse University 연구원 Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser 및 Hiroshi Higuchi는 미네소타 대학 풍력 에너지 컨소시엄을 통해 미국 에너지부의 지원을 받아 새로운 지능형 시스템 기반 능동 흐름 제어 방법을 테스트하고 있습니다. 이 접근 방식은 표면 측정에서 블레이드 표면의 흐름 상태를 추정한 다음 이 정보를 지능형 컨트롤러에 제공하여 블레이드에서 실시간 작동을 구현하여 공기 흐름을 제어하고 풍력 터빈 시스템의 전체 효율성을 높입니다. 작업은 또한 흐름 분리로 인한 과도한 소음 및 진동을 줄일 수 있습니다.

초기 시뮬레이션 결과는 절반 반경을 넘어 블레이드의 바깥쪽에 적용된 흐름 제어가 동일한 정격 출력으로 풍력 터빈의 전체 작동 범위를 크게 확장하거나 동일한 수준의 작동 범위에 대해 정격 출력을 상당히 증가시킬 수 있음을 시사합니다. . 팀은 또한 대규모 유동 불안정에 노출된 상태에서 적절한 유동 제어를 통해 익형 양력 및 항력 특성을 결정하기 위해 Syracuse University의 새로운 무반향 풍동 시설에서 특징적인 익형을 조사하고 있습니다. 또한 풍력 터빈의 소음 스펙트럼에 대한 흐름 제어의 효과도 무반사실에서 평가 및 측정됩니다.

풍력 에너지의 또 다른 문제는 항력, 즉 터빈 블레이드가 공기를 이길 때 느끼는 저항입니다. 미네소타 대학(University of Minnesota)의 과학자들은 터빈 블레이드에 작은 홈을 배치하는 항력 감소 효과를 조사해 왔습니다. 홈은 블레이드 표면에 코팅으로 새겨져 있는 삼각형 리블렛 형태입니다. 너무 얕아서(40~225미크론) 사람의 눈으로 볼 수 없기 때문에 날이 완벽하게 매끄럽게 보입니다.

2.5메가와트 터빈 익형 표면의 풍동 테스트(인기 있는 산업 표준 중 하나가 됨)와 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 다양한 홈 형상과 받음각(날개가 기류에 대해 어떻게 배치되는지)의 효율성을 조사하고 있습니다. ).

이러한 리블렛은 이전에 지난 아메리카 컵 대회에 참가한 범선의 돛과 에어버스 여객기에서 사용되어 약 6%의 항력 감소 효과를 보였습니다. 풍력 터빈 블레이드의 설계는 처음에는 비행기 날개의 설계와 매우 유사했습니다. 그러나 허브 근처에 훨씬 더 두꺼운 단면을 가진 터빈 블레이드와 지면 근처의 독특한 난기류에 대처해야 하는 풍력 터빈과 같은 다양한 엔지니어링 문제로 인해 풍력 터빈의 항력 감소는 완전히 동일하지 않습니다.

미네소타 대학의 연구원인 Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro 및 Fotis Sotiropoulos는 리블렛이 풍력 터빈 효율을 약 3% 증가시킬 것이라고 믿습니다.