New Ideas Enhance Efficiency of Wind Turbines

Salah satu isu mengenai efisiensi angin sebagai sumber energi terbarukan yang menjanjikan adalah angin itu sendiri - khususnya, selalu berubah-ubah. Sedangkan kinerja aerodinamika dari turbin angin adalah yang terbaik di bawah aliran angin yang tetap.

Wind farm near Tehachapi, California. The costs of producing power with wind turbines continues to drop, but many engineers feel that the overall design of turbines is still far from optimal. (Credit: iStockphoto/Greg Randles)

Sekarang, tipe baru teknologi aliran udara akan segera dapat meningkatkan efisiensi dari turbin angin yang besar dalam berbagai kondisi angin yang berbeda.

Peneliti dari Universitas Syracuse L.C. Smith Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer (SKB) sedang melakukan pengujian baru cerdas-sistem berbasis metode pengendalian aliran aktif dengan dukungan dari Departemen Energi AS melalui Universitas Minnesota Energi Angin Konsorsium. Pendekatan ini memperkirakan kondisi aliran atas permukaan pisau dari pengukuran permukaan, dan kemudian menggunakan informasi ini dalam sebuah controller cerdas untuk mengimplementasikan aktuasi real-time pada pisau untuk mengontrol aliran udara dan meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem turbin angin. Dan juga, selama proses bekerjanya dapat mengurangi kebisingan dan getaran yang berlebihan akibat aliran pemisahan.

Hasil simulasi awal yang telah diselesaikan oleh peneliti SKB Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser dan Hiroshi Higuchi menunjukkan bahwa kontrol aliran diterapkan di sisi tempel dari mata luar radius setengah signifikan bisa memperbesar jangkauan operasional keseluruhan dari turbin angin dengan output daya yang sama, atau cukup meningkatkan daya keluaran pengenal untuk tingkat yang sama dari jangkauan operasional. Hasilnya menunjukkan bahwa baik kisaran keseluruhan operasional turbin angin dapat secara efektif diperbesar dengan 80% dengan nilai output daya yang sama, atau kekuatan keluaran pengenal dapat ditingkatkan sekitar 20% dengan tetap menjaga tingkat yang sama dari jangkauan operasional saat pada saat pengontrolan. Lokasi yang optimal untuk actuator ditemukan untuk berada di tempel pisau di luar setengah dari jari-jari.

Tim ini juga menyelidiki karakteristik airfoil di terowongan angin fasilitas baru Anechoic di SU untuk menentukan angkat airfoil dan drag karakteristik aliran yang sesuai dengan kontrol saat terkena aliran kegoyangan skala besar. Di samping itu, efek dari kontrol aliran pada spektrum suara turbin angin akan juga dinilai dan diukur di ruang Anechoic.

"Hal ini menarik bagi kami untuk terlibat dalam konsorsium energi angin kelas dunia yang dipimpin oleh University of Minnesota," kata Glauser, profesor teknik mesin dan pesawat terbang. "Ini adalah kesempatan baik untuk transisi keahlian kami dalam sistem cerdas untuk kontrol aliran, yang dikembangkan terutama melalui dukungan dari sektor dirgantara, untuk daerah ini penting dan berkembang dari sektor energi terbarukan.''

Para ilmuwan di University of Minnesota mencari di lain inefisiensi dengan energi angin - hambatan, yang merupakan perlawanan yang dirasakan oleh pisau turbin ketika mereka mengalahkan udara. Tim di University of Minnesota Saint Anthony Falls Lab (SAFL) memandang pengaruh menempatkan lekukan kecil pada bilah turbin pada pengurangan drag. Alur adalah dalam bentuk segitiga riblets mencetak ke lapisan pada permukaan blade. Mereka begitu dangkal (antara 40 dan 225 mikron) bahwa mereka tidak dapat dilihat oleh mata manusia - meninggalkan pisau tampak sangat halus. Melalui uji terowongan angin-permukaan turbin 2.5-megawatt airfoil (menjadi salah satu standar industri yang populer) dan simulasi komputer, mereka telah melihat keberhasilan alur 'untuk geometri berbagai alur dan sudut serangan (bagaimana bilah diposisikan relatif terhadap aliran udara).

Peneliti dari Universitas Minnesota Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro dan Fotis Sotiropoulos, percaya bahwa riblets akan meningkatkan efisiensi turbin angin sekitar 3 %.

Kedua ide-ide baru untuk meningkatkan efisiensi dari turbin angin baru-baru ini dipresentasikan di American Physical Society Divisi pertemuan Dinamika fluida di Long Beach, California Pada 21 November, tim peneliti SU disajikan "Manfaat Aktif Flow Control untuk Wind Turbin Blades, "dan peneliti di University of Minnesota disajikan" Pada pengurangan gesekan kulit tarik di turbin angin yang besar menggunakan riblets V-berlekuk tajam. "

Sumber