Nieuw onderzoek streeft naar hogere windturbine-efficiëntie door geavanceerde stroombeheersing

In 2008 voegde de Verenigde Staten meer windturbine-capaciteit toe dan kolencapaciteit, een keerpunt voor hernieuwbare energie. Terwijl windturbinekosten dalen, zijn ingenieurs het erover eens dat het algemene ontwerp nog achterloopt op optimale prestaties.

Recente doorbraken werden getoond op de bijeenkomst van de American Physical Society's Division of Fluid Dynamics in Long Beach, Californië.

Windvariabiliteit – windstoten, turbulentie, opstroomwaken, en afschuiving – blijft de primaire uitdaging voor bladefficiëntie. Stille stroom levert piekprestaties, maar real-world condities eroderen het.

Onderzoekers van Syracuse University zijn een intelligente-systemen benadering aan het pionieren die luchtstroom over turbinebladen in real-time actief controleert, potentiëel de efficiëntie verhogend over diverse windregimes.

Geleid door Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser en Hiroshi Higuchi, het team – gesteund door de U.S. Department of Energy en de University of Minnesota Wind Energy Consortium – gebruikt oppervlakte-gebaseerde sensoren om lokale stroom te schatten en voedt de data naar een voorspellende controller die bladgeometrie on-the-fly aanpast.

Voorlopige simulaties duiden erop dat het toepassen van stroombeheersing buiten de blad-middenstraal de operationele envelop van de turbine kan uitbreiden of het genomineerde vermogen kan verhogen zonder de huidige capaciteit te wijzigen.

Parallel werk in Syracuse's nieuwe anechoïsche windtunnel meet lift, drag, en ruisspectra van prototype profielen onder gecontroleerde onstabiele stroom, wat cruciale validatiedata levert.

Een andere onderzoekslijn aanpakt blaaswrijving door micro-groove riblets – kleine, driehoekige ribben van slechts 40-225 µm diep – onzichtbaar gecoat op het oppervlak. Deze riblets, onzichtbaar voor het oog, streven ernaar de wrijving-reductietechnieken na te bootsen die bewezen zijn op zeilboten en de Airbus A380.

Windtunnel-tests op 2,5-MW turbine profielen, gecombineerd met computationele studies, evalueren hoe groevegeometrie en aanvalshoek de prestaties beïnvloeden.

Eerdere toepassingen van riblets op de laatste America's Cup zeilen en op commerciële vliegtuigen bereikten ongeveer 6% wrijvingsreductie, wat de haalbaarheid van het concept aantoont.

Windturbinebladen verschillen van vliegtuigvleugels: ze hebben dikker secties nabij de hub en opereren in grond-niveau turbulentie, dus de wrijvingsreductievoordelen verschillen.

Onderzoekers Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro en Fotis Sotiropoulos schatten dat riblets de turbine-efficiëntie met ongeveer 3% in real-world condities kunnen verhogen.