A pesquisa visa aumentar a eficiência das turbinas eólicas

Um marco na história da energia renovável ocorreu no ano de 2008, quando mais nova capacidade de geração de energia por turbinas eólicas foi adicionada nos Estados Unidos do que nova geração de energia a carvão. Os custos de produção de energia com turbinas eólicas continuam caindo, mas muitos engenheiros acham que o design geral das turbinas ainda está longe do ideal.

Novas ideias para aumentar a eficiência das turbinas eólicas foram apresentadas recentemente na reunião da American Physical Society Division of Fluid Dynamics em Long Beach, Califórnia.

Um problema que confronta a eficiência da energia eólica é o próprio vento - especificamente, sua mutabilidade. O desempenho aerodinâmico de uma turbina eólica é melhor sob fluxo de vento constante e a eficiência das pás se degrada quando expostas a condições como rajadas de vento, fluxo turbulento, esteiras da turbina a montante e cisalhamento do vento.

Agora, um novo tipo de tecnologia de fluxo de ar pode em breve aumentar a eficiência de grandes turbinas eólicas em muitas condições de vento diferentes.

Os pesquisadores da Syracuse University, Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser e Hiroshi Higuchi, estão testando novos métodos de controle de fluxo ativo baseados em sistemas inteligentes com o apoio do Departamento de Energia dos EUA por meio do Consórcio de Energia Eólica da Universidade de Minnesota. A abordagem estima as condições de fluxo sobre as superfícies das pás a partir de medições de superfície e, em seguida, alimenta essas informações para um controlador inteligente para implementar a atuação em tempo real nas pás para controlar o fluxo de ar e aumentar a eficiência geral do sistema de turbina eólica. O trabalho também pode reduzir o ruído e vibração excessivos devido à separação do fluxo.

Os resultados da simulação inicial sugerem que o controle de fluxo aplicado no lado externo da lâmina além da metade do raio pode aumentar significativamente a faixa operacional geral da turbina eólica com a mesma potência de saída nominal ou aumentar consideravelmente a potência de saída nominal para o mesmo nível de faixa operacional . A equipe também está investigando um aerofólio característico em uma nova instalação de túnel de vento anecóico na Syracuse University para determinar as características de sustentação e arrasto do aerofólio com controle de fluxo apropriado, enquanto exposto a instabilidade de fluxo em grande escala. Além disso, os efeitos do controle de fluxo no espectro de ruído do aerogerador também serão avaliados e medidos na câmara anecóica.

Outro problema com a energia eólica é o arrasto, a resistência sentida pelas pás da turbina quando batem no ar. Cientistas da Universidade de Minnesota têm estudado o efeito de redução de arrasto da colocação de pequenas ranhuras nas lâminas das turbinas. As ranhuras têm a forma de ranhuras triangulares marcadas em um revestimento na superfície da lâmina. Eles são tão rasos (entre 40 e 225 mícrons) que não podem ser vistos pelo olho humano, deixando as lâminas com uma aparência perfeitamente lisa.

Usando testes de túnel de vento de superfícies de aerofólio de turbina de 2,5 megawatts (tornando-se um dos padrões populares da indústria) e simulações de computador, eles estão observando a eficácia de várias geometrias de sulco e ângulos de ataque (como as lâminas são posicionadas em relação ao fluxo de ar )

Riblets como esses já foram usados ​​antes, nas velas dos veleiros que participaram da última regata da America’s Cup e no avião Airbus, onde produziram uma redução de arrasto de cerca de 6 por cento. O design das pás das turbinas eólicas foi, a princípio, muito semelhante ao das asas de um avião. Mas devido a diferentes preocupações de engenharia, como as pás das turbinas com uma seção transversal muito mais espessa perto do cubo e as turbinas eólicas tendo que lidar com turbulências peculiares perto do solo, a redução do arrasto não será a mesma para as turbinas eólicas.

Os pesquisadores da Universidade de Minnesota, Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro e Fotis Sotiropoulos, acreditam que os riblets aumentarão a eficiência da turbina eólica em cerca de 3 por cento.