Okategoriserad

Insektsinspirerade vindkraftverk erbjuder 35% mer effektivitet

Insektsinspirerade vindkraftverk erbjuder 35% mer effektivitet

Traditionella vindkraftverk är fantastiska - så länge vinden blåser med en viss hastighet. Nu, med inspiration från insekter och lite smart teknik, har forskare designat ett nytt turbinblad som är 35 procent effektivare än traditionella turbiner. Den framväxande tekniken kan revolutionera vindteknologin och göra dem livskraftiga på platser där vindhastigheter är suboptima.

[Bildkälla:André Karwath via Wikimedia Creative Commons]

Turbinblad

Principerna för vindkraftverk är relativa relativa. Hela operationen är nästan motsatsen till en fläkt. Istället för att använda elektricitet för att producera en bris utnyttjar massiva blad vindens energi för att vända en turbin som producerar el.

Bladets effektivitet beror på hur mycket energi som kan extraheras från vinden. Att få knivarna att snurra så snabbt som möjligt är dock inte den mest effektiva metoden. Bladen är vinklade på ett sådant sätt att de omvandlar tillräckligt med vindkraft till mekanisk energi. Vid en viss tidpunkt minskar turbinens effektivitet genom att ta för mycket energi från vinden (Den teoretiska maximala effektiviteten). Om mer energi tas ut börjar knivarna fungera som en vägg. Om all energi tas kommer vinden att ha en hastighet på noll och lämnar systemet utan energi.

Knivarnas vinkel är utformad så att knivarna snurrar med optimal hastighet. Bladen är dock kan bara hålla hastigheten över ett visst vindintervall. Vanligtvis är knivarna konstruerade för att matcha regionens vanligaste vindhastighet. Tyvärr, om vinden blåser för snabbt eller för långsamt, kan turbinens energiproduktion påverkas avsevärt.

Skapa effektivare vindkraftverk

Att skapa en mer effektiv turbin är en svår uppgift. För närvarande finns det några turbinblad som kan ändra attackvinkeln. Tekniken med variabel stigning gör det möjligt för turbinen att autonomt ändra knivernas attackvinkel för att maximera effektiviteten. Medan systemet gör det möjligt för vindkraftverk att fungera med ett större utbud av vindhastigheter, är det fortfarande begränsat av en solid struktur.

För att producera maximal effekt måste vinden slå på knivarna med en exakt "stigningsvinkel" för att applicera precis rätt vridmoment på en generator.

Använda insektsvingar för att driva framåt

Insektsvingar möter inte samma problem som vindkraftverk. Istället för solida strukturer har insektsvingar flexibla vingar som gör det möjligt för dem att rikta den aerodynamiska belastningen i riktning mot deras flygning, vilket ökar deras kraft. Deras vingar naturliga förmåga att böja ytterligare minskar drag och trötthet.

Ett team av forskare bestämde sig för att testa hur mycket mer effektivt ett flexibelt blad kan vara. Experimentet involverade tre separata bladsystem; en stel, halvflexibel och mycket flexibel struktur. Varje turbin hade tre rotorer, men de två flexibla rotorerna var gjorda av ett smidigt material som kallas polyetylentereftalat, medan den stela rotorn var konstruerad av ett styvt syntetiskt harts.

En serie vindtunneltester bestämde att de mest flexibla bladen producerade mycket mindre kraft jämfört med den styva motsvarigheten. Emellertid producerade de semi-flexibla knivarna35 procent mer kraft än den solida designen. Bladen visade sig också fungera mer effektivt i ett större antal vindförhållanden.

Vad gör flexibla blad så mycket bättre?

Precis som en traditionell turbin, ju snabbare vinden blåser, desto snabbare snurrar kniven. Men eftersom rotorn är flexibel böjer vinden knivarna.

Olika vindhastigheter förändrar tonhöjden varierande. Högre hastigheter gör att knivarna tappar mer och låter mer vind passera. Vid lägre hastigheter kan knivarna platta ut för att extrahera så mycket energi som möjligt. Som ett resultat är rotorn mycket effektivare än en styv design.

Utmaningar att övervinna

En av de största problemen med vindkraftverk är att generera en rotor som kan hantera miljö- och mekanisk belastning. För att vara ett livskraftigt alternativ måste bladet vara lika eller mer hållbart än de nuvarande kolfiberbladen. Knivarna måste också väga en liknande mängd för att ytterligare minska spänningarna och för att installeras i nuvarande strukturer utan att behöva förstärkas.

Tekniken har fortfarande ett sätt att komma. Det är dock ett steg i rätt riktning för att nå ett hållbart sätt att producera energi. Nästa steg kommer att utforma ett fullskaligt experiment för att helt bestämma livskraften hos insektsinspirerade vindkraftverk.

SE OCH: Siemens avslutar världens första 3D-tryckta turbinbladprov

Skriven av Maverick Baker

Titta på videon: Service av ett vindkraftverk (November 2020).