Исследование, проведенное учеными из лаборатории Сент-Энтони Фоллс Научно-инженерного колледжа UMN, было опубликовано сегодня в журнале Nature Communications.Энергия ветра — один из самых быстрорастущих возобновляемых источников энергии.
Министерство энергетики США оценивает потери энергии в ветряных электростанциях до 10-20 процентов и определяет сложные воздушные потоки, создаваемые турбинами, как главную причину таких потерь. Поскольку ветряные турбины выросли до более чем 100 метров, полевые исследования в реальных условиях стали более трудными.«В лаборатории мы используем индикаторные частицы для измерения воздушных потоков моделей ветряных турбин в аэродинамических трубах, но наши исследования были чрезвычайно ограничены невозможностью измерения потоков в больших масштабах», — сказал Цзян Хун, доцент кафедры машиностроения UMN и ведущий исследователь. на исследование. «Большинство исследователей считали такие измерения в реальном масштабе невозможными».Хун, выросший на юго-западе Китая, видел снег лишь несколько раз, когда рос.
Когда он переехал в Миннесоту в 2012 году, он задумался, может ли снег решить их дилемму.«У нас есть все необходимое в Миннесоте для этого исследования», — сказал Хонг. «У нас есть полностью оборудованная большая исследовательская ветряная турбина в Центре исследований ветровой энергии Eolos, финансируемом Министерством энергетики США, управляемом университетом. У нас также есть снег, который может служить твердыми частицами для измерения воздушных потоков, и преданные исследователи и инженеры, чтобы выполнить такое беспрецедентное усилие ".После ряда предыдущих попыток, когда снег был плохого качества или приборы не работали в холодную погоду, исследователи направились к ветряной турбине Eolos мощностью 2,5 кВт в Роузмаунте, штат Миннесота, ранним утром во время снежной бури 22 февраля 2013 г. .Они выдержали суровые условия посреди ночи, чтобы установить большой прожектор со специально разработанной отражающей оптикой для создания гигантского светового полотна рядом с ветряной турбиной высотой 130 метров для освещения частиц снега в 36-метровой ширине. площадью на 36 метров.
Снег легче увидеть при свете ночью, так же как обычный человек смотрит в уличный фонарь, чтобы увидеть, сколько снега идет во время метели. Исследователи засняли на видео частицы снега во время вращения ветряной турбины, чтобы показать структуру воздушного потока.
Это видео было оцифровано и синхронизировано с данными о спутном потоке и нагрузке от полностью оснащенной исследовательской ветряной турбины.Результаты эксперимента показали, что этот метод оказался успешным при измерении турбулентности структуры воздушного потока вокруг ветряной турбины.
Это первый шаг к демонстрации значительных различий в схемах воздушных потоков в полевых условиях в больших масштабах по сравнению с теми, которые измеряются в лаборатории.«Эти измерения чрезвычайно важны в наших усилиях по повышению эффективности использования энергии ветра, что снизит нашу зависимость от ископаемого топлива», — сказал Фотис Сотиропулос, соавтор исследования и директор университетской лаборатории Сент-Энтони Фоллс и лаборатории Eolos Wind. Центр энергетических исследований. «Кто бы мог подумать, что мы воспользуемся метелью в Миннесоте для борьбы с глобальным потеплением».
Помимо Хонга и Сотиропулоса, другие исследователи из Университета Миннесоты, принимавшие участие в этом исследовании, включают доцента гражданского строительства Мишель Гуала, доктора философии в области машиностроения. студент Мостафа Толоуи, кандидат инженерных наук. студент Кевин Ховард, студент-механик Шон Райли, инженер лаборатории Сент-Энтони Фоллс Джеймс Такер и бывший научный сотрудник, получивший докторскую степень, Леонардо Чаморро, который сейчас работает в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн.Видео: http://www.youtube.com/watch?v=OHl_0s4qqUY