Přidání druhého, malého rotoru, zvýší větrným turbínám výkon  
Listy turbín mají blíže středu profil, který velký zisk z proudícího vzduchu neposkytuje. Přidání malé přídavné vrtulky by stávajícím farmám z třílistých větrníků mělo vylepšit výkon až o 18 procent.

I když to podle jmen tak nevypadá, Hui Hu a Anupam Sharma jsou američtí výzkumníci ze střední části Spojených států. Profesně jsou letečtí inženýři, ale ve městě Ames na Iowa State University se zajímají větrnými turbínami a ziskovostí větrných farem, kterým rovinatý terén mezi Wisconsinem a Kansasem, přeje.

Anupam Sharma (vlevo) a Hui Hu se svými návrhy, které by měly výkon větrných elektráren o něco zvýšit. Foto: Christopher Gannon. 
Anupam Sharma (vlevo) a Hui Hu se svými návrhy, které by měly výkon větrných elektráren o něco zvýšit. Foto: Christopher Gannon.

Větrníky mají tendenci být stále větší a větší. S tím roste délka jejich vrtulí. Jenže čím blíže středu tak obrovské vrtule jsou, přestávají být listem a jejich průřez je kulatější. Takový tvar není pro využití proudícího vzduchu optimální a svým velkým odporem je spíš ku škodě. Tato „pasivní část“ listů snižuje výkon elektrárny přibližně o 5 procent. Hui se svým kolegou Sharmou možná přišli na způsob, jak tento hendikep obejít a vyždímat větší zisk i z plochy, kde to obrovské vrtule nedovedou.

 

Simulace víření vzduchu při jeho průchodu dvojitým rotorem větrné turbíny. První tři brázdy jsou dílem listů hlavního rotoru. Sekundární rotor se podepisuje změnou proudění až za nimi. Odborníkům prý již z tohoto obrázku je zřejmé, že navrhovaným řešením turbína energii proudícího vzduchu využívá lépe. Kredit: Anupam Sharma. 
Simulace víření vzduchu při jeho průchodu dvojitým rotorem větrné turbíny. První tři brázdy jsou dílem listů hlavního rotoru. Sekundární rotor se podepisuje změnou proudění až za nimi. Odborníkům prý již z tohoto obrázku je zřejmé, že navrhovaným řešením turbína energii proudícího vzduchu využívá lépe. Kredit: Anupam Sharma.
Řešením by mělo být dodání přídavné vrtule, optimalizované na proudící vítr středovou oblastí těch velkých vrtulí. Nedořešenou otázkou zatím je, kam sekundární rotor umístit. Zda na stejný náboj s velkou vrtulí, nebo na samostatný rotor uložený na opačném konci gondoly větrné turbíny. Která z variant bude lepší, rozhodnou až počítačové simulace a praktické pokusy v simulovaném provozu ve větrném tunelu. Z předběžných testů autorům vychází, že by jejich nápad s přídavnou vrtulkou měl z větru dolovat o 10 – 20 % více výkonu. V průměru by se to na tamních farmách mohlo projevit okolo 18 procenty vyprodukované energie navíc. To proto, že taková úprava přispívá k využití energie větru ještě dalším svým efektem. Ten se týká vznikajících brázd v proudícím vzduchu, které vytvářejí velké listy rotoru. Lopatky další turbíny v blízkosti, mají v tom roztodivně rozpohybovaném „závětří“ tendenci se synchronizovat a provozovatele to může připravit o 8 - 40 procent teoretické energetické produkce.

 

Na zkoumání obou problémů získali zlepšovatelé od Iowa Energy Center roční grant ve výši 116 000 dolarů. Další tříletou podporu podepřenou 330 000 dolary k tomu přihodila nadace National Science Foundation. Peněz na dořešení detailů budou mít výzkumníci nejspíš dost a tak by mělo být brzo zřejmé, jaký aerodynamický design bude pro druhý rotor ten nejlepší a také jak velké vrtulky se k těm stávajícím velkým třem listům, začnou přidávat. A ještě něco. Budou-li se točit ve stejném směru, jako hlavní rotor, nebo v opačném.
Zda se tím u větrníků vylepší také parametry, laickou veřejností přezdívané "kafemlejnek migrujícího ptactva", pramen neuvádí.

 

Commitment to Innovation in Renewable Energy from Iowa Energy Center on Vimeo.

 

Pramen

Iowa State University

Datum: 13.03.2015 13:37
Tisk článku

Anatomie 1 - Čihák Radomír
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 1739 Kč
cena: 1478 Kč
Anatomie 1
Čihák Radomír

Diskuze:

Starého psa novým kouskům nenaučíš...

Marek Bečica,2015-03-14 17:07:32

Mě by zajímalo, proč se stále zabývají výzkumem pro současný design větrných turbín. Ty, které už někde fungují stejně pomocí druhého rotoru vylepšit pravděpodobně nepůjde, protože na takové úpravy nejsou uzpůsobeny.
A pro budoucí výstavbu je lepší se na současný design vykašlat, protože přináší malou efektivitu, vysoký čas v odstaveném stavu (fungují jen pro rychlost větru cca od 5 do 30 m/s, vyžadují nákladnou údržbu), jsou drahé, hlučné, vyžadují složitou výrobu a výstavbu a převoz na místo provozu, kvůli pomaleji proudícímu vzduchu blíže u země musí být velmi vysoké, jejich životnost také není zrovna dlouhá apod. Naproti tomu již existují větrné turbíny, které těmito problémy netrpí. Mezi ně patří např. turbíny od firmy Wind Sail Receptor (https://www.youtube.com/watch?v=MS0rYFjFUpo), které pomocí "3D designu" dokáží pracovat s mnohem vyšší efektivitou a při několikanásobně širším rozsahu rychlostí větru (začínajícím od 2 m/s) a díky tomu mohou být mnohem menší a nižší a pracovat téměř nehlučně při stejném výkonu. Naopak pro využití vyšších rychlostí větru ve větších výškách se hodí "turbínové vzducholodě" (viz http://www.altaerosenergies.com/). Tímto směrem by se měl výzkum ubírat a ne se snažit oživit mrtvolu.

Odpovědět


Jirka Niklík,2015-03-15 01:50:40

Mluvčí firmy slibuje účinnost 400%. Mě by zajímalo, proč se vůbec někdo zabývá výzkumem jakýchkoliv zdrojů energie, když ve Wind Sail Receptor vynalezli perpetuum mobile.
Rád bych věděl, jestli ten chlap je podvodník, který chce ulovit nějaké investory, nebo mašíbl, který od stolu něco vymyslel a hluboce tomu sám věří.

Odpovědět


Souhlas pane Niklíku

Ondi Vo,2015-03-15 10:54:30

Těžko odhadnout jestli jde o pouhé ignoranty fyzikálních zákonů, nebo o takzvané šmejdy nabízející nefunkční bazmeky za přemrštěné ceny. To neplatí jen pro větrné generátory, ale i pro generátory na studenou fůzi, které jsou údajně už léta na trhu ke spokojenosti uživatelů. Pro elektrolyzéry vody, které z příkonu 100W zásobují hořák centrálního topení budovy s výkonem 20kW, nebo v automobilu nahrazující benzín.
Jejich protiargument na námitky většinou zní "vědci neví ještě vše" :-).

Nedávno byl prezentován plastový strom získávající elektrickou energii z ve větru se třepotajících listů, nebo pneumatiky pro automobily s integrovaným měničem deformace a ohřevu běhounu na elektrickou energii. Jsem zvěvav, s čím překvapivým takoví "vynálezci" příjdou příště. Třeba se solárním panelem na střeše budovy dávajícím proud i v noci - ozářením světlem žárovky.

Odpovědět

jako laika mě překvapuje relativně malá plocha

Josef Hrncirik,2015-03-13 18:50:45

listů vůči protékanému kruhu, hlavně u konce listů, ev. proč nejsou tyto řídké listy v 1 větrníku řazeny protiběžně za sebou. Z aerodynamických či hlukových důvodů, nebo jen kvůli komplikovanému provedení? Zajímala by mě hlavně závislost účinnosti využití energie oproti proudu vzduchu vstupujícího do kruhu stejného průřezu ve volném prostoru na parametrech (např. vůči relativní ploše listů a relativní výšce nad povrchem či fyzické velikosti kruhu či štíhlosti listů ev. jaký je poměr obvodové rychlosti listu oproti rychlosti neporušeného vstupního proudu.

Odpovědět


Jirka Niklík,2015-03-13 22:23:43

Údajně nějvětší účinnost by měl 1 list, co nejvíc rychloběžný, neboli pohybující se mnohem rychleji než proudící vzduch (víc jak 10x). Z důvodů vyvážení, namáhání konstrukce, a taky protože rychloběžná vrtule se obtížně rozbíhá, tak se došlo ke kompromisu 3 úzkých trochu-míň-rychloběžných listů. Chápu to tak, že čím víc listů vrtule má, tím pomaleji se musí točit (což se zajistí nastavením listů), aby listy nepotkávaly turbulence od svých sousedů. Člověk by intuitivně čekal, že co nejlepší využití vzduchu proudícího plochou vrtule dá vrtule s co nejvíce listy. Kupodivu 1 list, který se točí hodně rychle, ten vzduch využije údajně líp. Představuju si to jako javorové semínko, to taky klesá pomalu, ale otáčí se hodně rychle.

Odpovědět


jen doplnění

Ondi Vo,2015-03-14 13:01:08

Kinetická energie proudícího vzduchu je faktorem třetí mocnosti rychlosti proudění. Rotor odebírající 1/3 kinetické energie způsobí zpomalení proudění na 70% původní hodnoty. Aktivní plocha rotoru je překážkou pro proudící vzduch a část proudu vzduchu ji tedy bez předání energie obteče. Čím "hustší" rotor, tím víc vzduchu jej obteče.
Jde tedy o energetický a investiční kompromis.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace