Новейшие ветроустановки с несколькими роторами демонстрируют явные преимущества в расчётных моделях.

Исследователи смоделировали гидродинамику многороторных ветрогенераторов и то, как они взаимодействуют на ветроэлектростанциях; исследование продемонстрировало явное преимущество модели ветроустановки с четырьмя роторами.
Обладающие диаметром ротора 220 метров ветроэнергетические установки на будущей ВЭС, расположенной на Доггер-Банке (крупнейшая песчная отмель) в Северном море, являются самыми большими в мире. Но "большой", "больше", "наибольший" – не всегда значит "лучший", когда речь заходит о ветроустановках.
Исследователи из Орхусского (Дания) и Даремского (Великобритания) университетов в настоящее время моделируют гидродинамику многороторных ветрогенераторов с помощью цифрового моделирования высокого разрешения, и выясняется, что ВЭУ с четырьмя роторами на одном фундаменте имеют ряд преимуществ.
Ветроустановка собирает энергию с поступающего ветра, и когда ветер проходит через лопасти ВЭУ, создаётся область с более низкой скоростью ветра и более высокой турбулентностью, называемая "следом за ветроколесом" (англ. wind turbine wake). Эта турбулентность влияет на следующую ветроустановку далее по течению воздушного потока, в нескольких отношениях. Во-первых, та производит меньше энергии, а во-вторых, увеличивается нагрузка на конструкцию.
"В ходе исследовании мы обнаружили, что турбулентность и токи, возникающие после ветроколеса, восстанавливаются до первоначального состояния намного быстрее при использовании многороторных ВЭУ. Это означает, что при использовании нескольких роторов следующая ВЭУ далее по течению будет производить больше энергии и подвергаться меньшим нагрузкам и внешнему воздействию, поскольку и турбулентность будет соответственно меньше", – поделился Махди Абкар, доцент кафедры машиностроения Орхусского университета и специалист по гидроаэродинамике и турбулентности.
Меньше затрат, меньше хлопот, больше энергии
Ветроустановка с более чем одним ротором создаёт меньше турбулентности, а ветер "восстанавливается" быстрее, что означает более высокие показатели объёмов вырабатываемой энергии. И это важная информация во времена, когда ВЭУ становятся более масштабными не только в плане габаритов, но и, следовательно, в плане затрат.
"Всегда можно увеличить выработку энергии, увеличив диаметр лопастей ротора, но при строительстве таких массивных конструкций диаметром более 150 метров возникают серьёзные конструкционные проблемы. Потребности в материалах растут, транспортировка конструкций является трудоёмкой и обходится совсем не дёшево, плюс обслуживание ветрогенераторов становится всё более дорогостоящим", – заявляет Махди Абкар.
ВЭУ с четырьмя роторами стоит примерно на 15 % меньше, чем ветряк с одним, даже если ометаемая площадь лопастей примерно одинакова. В то же время конструкция с четырьмя роторами намного более лёгкая по своим массо-габаритным характеристикам и поэтому она проще в транспортировке. И если один из роторов перестанет работать, остальная часть ветряка всё равно будет вырабатывать энергию, в отличие от классических ветрогенераторов.
Кроме того, исследователи определили, что отдельные многороторные ВЭУ на деле вырабатывают даже немного больше энергии, чем однороторные: примерно на 2 %.
"При изучении ряда различных конфигураций и динамики многороторных ВЭУ мы обнаружили, что оптимальной конструкцией является ветрогенератор с четырьмя роторами, расположенными как можно дальше друг от друга. Последнее приводит к уменьшению турбулентности далее по течению воздушного потока и более быстрой стабилизации "следа" за ветроустановками", – делится доцент Махди Абкар.