L větrné turbíny Jsou jedním z nejdůležitějších obnovitelných zdrojů energie na světě, produkují přibližně 4 % celosvětové elektřiny. Výzkum vědců na pařížské Sorbonně však našel inovativní řešení, které by mohlo zvýšit účinnost těchto turbín až o 35 %, inspirováno pružnost hmyzích křídel.
Podle studie publikované v časopise Věda, současné větrné turbíny nejsou tak účinné, jak by mohly být. Běžně se má za to, že roztočení rotorů na vyšší rychlost by generovalo více energie, ale není tomu tak. Ve skutečnosti, při vysokých rychlostech, lopatky fungují spíše jako bariéra než jako nástroj pro využití větru. Klíčem k účinnosti je nalezení optimální rychlosti rotace, jak vysvětlil fyzik Vicent Coghet z univerzity v Paříži-Sorbonně.
Výzva k optimalizaci větrné energie
Pro maximalizaci produkce energie musí vítr narážet na lopatky větrné turbíny pod správným úhlem, známým jako „Úhel sklonu». To zajišťuje, že na generátor je aplikováno přesné množství točivého momentu. Kvůli tuhosti tradičních materiálů se však větrné turbíny nemohou vždy přizpůsobit měnícím se větrným podmínkám.
Naopak, hmyzí křídla díky své pružnosti dosahují lepší aerodynamické kontroly. Tyto bytosti těží ze schopnosti reagovat na proudění vzduchu, přirozeně se ohýbat, aby se minimalizoval odpor a zabránilo se poškození.
Replikace hmyzích křídel ve větrných turbínách
Pro uplatnění této flexibility na větrné turbíny Cognet a jeho tým postavili malé prototypy větrných turbín se třemi různými typy lopatek: tuhý, středně flexibilní y velmi flexibilní. Pružné čepele byly vyrobeny s polyethylentereftalát, zatímco tuhé byly vyrobeny s a syntetická pryskyřice. Testy provedené v aerodynamických tunelech ukázaly odhalující výsledky.
Příliš flexibilní čepele nebyly účinné, protože příliš kulhaly na to, aby generovaly dostatek energie. Středně ohebné lopatky však předčily ty tuhé tím, že zvýšily generovaný výkon až o 35 %. Tyto turbíny by se navíc mohly přizpůsobit širšímu rozsahu rychlostí větru.
Velká část zlepšení byla způsobena automatickými změnami úhlu náklonu. Jak vítr tlačil lopatky dopředu nebo odstředivý efekt je hnal dozadu, měnily se i úhly sklonu. Testy ukázaly, že úhly více «otevřené» byly účinnější při nízkých rychlostech, zatímco více «uzavřeno» byly ve vyšších rychlostech.
Škálovatelnost a budoucnost technologie
Další výzvou je škálovat tyto inovace a aplikovat je na turbíny průmyslové velikosti. Přestože vytvoření této technologie bude nějakou dobu trvat, odborníci jako Asfaw Beyene z University of San Diego věří, že dosažení 35% zvýšení účinnosti je zcela možné.
Větrná turbína V164: nejvýkonnější na světě
Další klíčový pokrok ve větrné energii pochází od dánské společnosti MHI Vestas Offshore Wind, který představil nejvýkonnější větrná turbína na světě. Tato větrná turbína s názvem V164 překonala všechny výrobní rekordy, vygenerovala 216.000 24 kWh za XNUMX hodin a prokázala, že energetickou výkonnost lze v mořských podmínkách podstatně zvýšit.
V164 má výšku 220 metrů a váží 38 tun, s 80metrovými lopatkami, které poskytují zametací plochu 21.124 12 metrů čtverečních. Tyto charakteristiky umožňují turbíně lépe využívat rychlosti větru na moři, které se obecně pohybují od 25 do XNUMX m/s.
Tento nový model byl navržen tak, aby vydržel extrémní podmínky Severní moře, což mu dává životnost 25 let a možnost recyklace na konci jeho cyklu. Díky tomu je turbína nejen šetrnější k životnímu prostředí, ale také ekonomičtější varianta díky sníženým nákladům na instalaci a údržbu.
Budoucnost větrné energie
La ekologické povědomí a strach z následků změna klimatu Podporují rozvoj obnovitelných zdrojů energie, jako je větrná energie. Nové technologie, jako jsou ty inspirované hmyzími křídly, by mohly výrazně zlepšit účinnost větrných turbín, zatímco inovativní konstrukce, jako je V164, ukazují, že je možné udržet udržitelnost ve velkém měřítku.
V nadcházejících letech budeme pravděpodobně i nadále svědky zlepšení v konstrukci a účinnosti větrných turbín, které umožní ještě více čisté energie a sníží závislost na fosilních palivech. Kombinace biomimetiky a pokročilého inženýrství nakonec ukazuje cestu k zelenější a udržitelnější budoucnosti.