ИИ помог вычислить оптимальный размер ветроэлектростанции
Больше — не всегда лучше. Например, с увеличением размера ветроэлектростанций их эффективность падает. Ученые теперь выяснили, как сохранить высокую плотность мощности таких установок
Хорошо известно, что КПД турбины в составе ветроэлектростанции может быть значительно ниже, чем у отдельно стоящей установки. В то время как небольшие ветряные электростанции могут достигать плотности мощности более 10 Вт/м2, в очень больших установках она может упасть всего до 1 Вт/м2. Первый закон термодинамики говорит о том, что после прохождения ветра через турбину, его энергия падает. Ветряки также создают турбулентность потоков воздуха, что снижает эффективность стоящих рядом с ними установок.
В новом исследовании ученые использовали гидродинамические модели для изучения воздушного потока над турбинами. Они рассмотрели множество идеализированных моделей как малых, так и больших ветряных электростанций. В самом начале авторы смотрели на влияние каждой отдельной турбины на общий воздушный поток и изучали различные механизмы его изменения.
Ученые обнаружили, что снижение плотности турбин в небольших ветряных электростанциях обеспечивает более высокую производительность на турбину. Авторы также обнаружили, что расположение турбин в рядах, обращенных перпендикулярно ветру или в шахматном узоре, обеспечивает на 56% большую выходную мощность, чем расположение установок друг за другом в колонны навстречу воздушному потоку.
Однако эти различия в значительной степени исчезли, когда ветряные электростанции стали очень большими. Чтобы выяснить, почему так произошло, ученые использовали метеорологическое моделирование скорости ветра. Они обнаружили, что в то время как в небольшой ветряной электростанции основной причиной потери мощности ветряной турбины является след ее ближайших соседей, в большой ветролектростанции скорость потока уменьшается за счет увеличения сопротивления в этой области.
Статья физиков опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.