Η προσθήκη στη βέλτιστη λύση δίσκου ρότορα της Glauert βελτιστοποιεί την απόδοση της ανεμογεννήτριας επιλύοντας ιδανικές συνθήκες ροής για μεγιστοποίηση της ισχύος εξόδου.
Mια τυχαία ανακάλυψη
Μια νεαρή φοιτήτρια κατάφερε να λύσει ένα μαθηματικό πρόβλημα ενός αιώνα και ξεκλείδωσε μια απλή, αλλά κομψή λύση για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών ροής της ανεμογεννήτριας και τη βελτίωση της απόδοσης ισχύος.
Η Divya Tyagi, μεταπτυχιακή φοιτήτρια αεροδιαστημικής μηχανικής στο Penn State της Πενσυλβάνια, δημιούργησε μια τροποποίηση στη βέλτιστη λύση δίσκου ρότορα του Βρετανού αεροδυναμικού Hermann Glauert, αφού ο σύμβουλός της, Sven Schmitz, την ενθάρρυνε να ρίξει μια πιο βαθιά ματιά.
«Όταν σκέφτηκα το πρόβλημα Glauert, νόμιζα ότι έλειπαν βήματα και ήταν πολύ περίπλοκο», δήλωσε ο Schmitz, ένας Boeing/A.D. Ο Welliver καθηγητής στο Τμήμα Μηχανικής Αεροδιαστημικής και συν-συγγραφέας της μελέτης, αποκαλύπτει προσθέτοντας ότι ήταν σίγουρος ότι υπήρχε καλύτερη προσέγγιση.
«Τότε εμφανίστηκε η Divya», συνεχίζει. «Ήταν η τέταρτη φοιτήτρια που προκάλεσα να το κοιτάξει και ήταν η μόνη που το ανέλαβε. Η δουλειά της είναι πραγματικά εντυπωσιακή».
Η φοιτήτρια ανέλαβε την πρόκληση και αφιέρωσε ώρες στο πρόβλημα προτού τελικά αναπτύξει μια λύση βασισμένη στον λογισμό των παραλλαγών, μια μαθηματική μέθοδο για περιορισμένη βελτιστοποίηση.
Βελτίωση της απόδοσης της ανεμογεννήτριας
«Δημιούργησα μια προσθήκη στο πρόβλημα του Glauert που καθορίζει τη βέλτιστη αεροδυναμική απόδοση μιας ανεμογεννήτριας επιλύοντας τις ιδανικές συνθήκες ροής για μια ανεμογεννήτρια προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η ισχύς της», λέει ο Tyagi.
Ο Schmitz τονίζει ότι η αρχική εργασία του Glauert επικεντρώθηκε μόνο στον μέγιστο δυνατό συντελεστή ισχύος, ο οποίος μετρά πόσο αποτελεσματικά μια τουρμπίνα μετατρέπει τον άνεμο σε ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, ο Glauert απέτυχε να εξετάσει τους συντελεστές συνολικής δύναμης και ροπής στον ρότορα - τη μονάδα περιστροφής με συνδεδεμένα πτερύγια - ή τον τρόπο με τον οποίο τα πτερύγια κάμπτονται υπό την πίεση του ανέμου.
«Αν έχεις τα χέρια σου απλωμένα και κάποιος πιέζει την παλάμη σου, πρέπει να αντισταθείς σε αυτή την κίνηση», εξηγεί ο Schmitz. «Αυτό το ονομάζουμε δύναμη ώθησης προς τα κάτω και τη ροπή κάμψης της ρίζας, και οι ανεμογεννήτριες πρέπει επίσης να αντέχουν σε αυτό».
«Πρέπει να καταλάβετε πόσο μεγάλο είναι το συνολικό φορτίο, κάτι που δεν έκανε ο Glauert», συνεχίζει ο καθηγητής, τονίζοντας ότι αναμένει η μέθοδος της Divya να διαμορφώσει την επόμενη γενιά ανεμογεννητριών, οδηγώντας προόδους στο σχεδιασμό και την απόδοση.
«Όσον αφορά την κομψή λύση της Divya, νομίζω ότι θα βρει το δρόμο της στις τάξεις, σε όλη τη χώρα και σε όλο τον κόσμο», προσθέτει ο καθηγητής.
«Η βελτίωση του συντελεστή ισχύος μιας μεγάλης ανεμογεννήτριας κατά μόλις 1% έχει σημαντικές επιπτώσεις στην παραγωγή ενέργειας μιας τουρμπίνας και αυτό μεταφράζεται στους άλλους συντελεστές για τους οποίους αντλήσαμε σχέσεις», λέει η μαθήτρια.
Μελλοντικοί στόχοι και σχέδια
Η Divya της οποίας το έργο της χάρισε το βραβείο Anthony E. Wolk για την καλύτερη διατριβή αεροδιαστημικής μηχανικής μεταξύ των συναδέλφων της, πιστεύει ότι τα ευρήματά της θα μπορούσαν να συμβάλουν σε πιο αποτελεσματικούς σχεδιασμούς τουρμπινών και περαιτέρω προόδους στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τώρα που συνεχίζει το μεταπτυχιακό της και μελετά προσομοιώσεις υπολογιστικής δυναμικής ρευστών, η φοιτήτρια ελπίζει να δει την έρευνά της να ενσωματώνεται σε προηγμένες λύσεις ανεμογεννητριών.
www.worldenergynews.gr
