Ερευνητές ανακάλυψαν ότι δύο μικροσκοπικές, αντίθετα περιστρεφόμενες ανεμογεννήτριες, που δουλεύουν μαζί μπορούν να παράγουν 37% περισσότερη ενέργεια από ό, τι μία μόνο ανεμογεννήτρια.
Το εύρημα αυτό θα μπορούσε να ξεκλειδώσει πιο αποδοτικούς τρόπους παροχής αποκεντρωμένης ενέργειας, από απομακρυσμένους περιβαλλοντικούς αισθητήρες έως προσωπικές ηλεκτρονικές συσκευές.
Ενώ οι περισσότεροι άνθρωποι συνδέουν την αιολική ενέργεια με ανεμογεννήτριες που υψώνονται σε πύργους, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Shuo Zhang έχει επικεντρωθεί στις δυνατότητες των μικροαεμογεννητριών, εκείνων με διάμετρο μικρότερη από 200 χιλιοστά.
Αυτές οι μικροσκοπικές μονάδες παραγωγής ενέργειας είναι ζωτικής σημασίας για έναν κόσμο που εξαρτάται όλο και περισσότερο από την απομακρυσμένη τεχνολογία, από τους περιβαλλοντικούς αισθητήρες που παρακολουθούν την κλιματική αλλαγή στην Αρκτική μέχρι τις συσκευές του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) που τροφοδοτούν την έξυπνη γεωργία.
Ωστόσο, το μικρό τους μέγεθος σημαίνει παραδοσιακά χαμηλότερη αεροδυναμική απόδοση και υψηλότερο κόστος ανά κιλοβάτ, περιορίζοντας την ευρεία υιοθέτησή τους.
Εκμετάλλευση του κρυμμένου πλεονεκτήματος «συστροφής»
Η έρευνα της ομάδας σχετικά με την αλληλεπίδραση μεταξύ ζευγαριών αυτών των μικρών στροβίλων έχει δώσει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα για τη μεγιστοποίηση των δυνατοτήτων τους για τη συλλογή ενέργειας.
Χρησιμοποιώντας μια εξελιγμένη τεχνική που ονομάζεται στερεοσκοπική ταχύμετρο εικόνας σωματιδίων -μια τρισδιάστατη μέθοδος χαρτογράφησης που χρησιμοποιεί λέιζερ και σωματίδια ιχνηθέτη για την απεικόνιση της ροής του αέρα- η ομάδα ανέλυσε τα «απόνερα» που δημιουργεί η μπροστινή τουρμπίνα.
Χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές απεικόνισης, οι επιστήμονες ανέλυσαν τα τυρβώδη ρεύματα αέρα, ή αλλιώς τα απόνερα, που δημιουργούνται από μια μικροανεμογεννήτρια. Διαπίστωσαν ότι αυτό το κύμα εξακολουθεί να περιέχει σημαντική ποσότητα περιστροφικής ενέργειας που συνήθως χάνεται.
Ωστόσο, τοποθετώντας μια δεύτερη, αντίθετα περιστρεφόμενη ανεμογεννήτρια ακριβώς πίσω από την πρώτη σε απόσταση 12 ακτίνων, αυτή η περιστροφική ενέργεια μπορεί να συλληφθεί και να μετατραπεί σε πρόσθετη ηλεκτρική ενέργεια.
«Παραδόξως, η διάταξη αντιπεριστροφής υπερτερεί σταθερά έναντι της συνπεριστρεφόμενης – ακόμη και σε μικρές αποστάσεις, όπου τα κύματα είναι ιδιαίτερα τυρβώδη και η ανάκτηση ενέργειας αποτελεί πρόκληση», δήλωσε ο Michaël Pereira, συγγραφέας της μελέτης, στο AIP Publishing Journal of Renewable and Sustainable Energy.
Το κλειδί αυτής της βελτιωμένης απόδοσης βρίσκεται στη μοναδική φυσική των μικρότερων στροβίλων. Λειτουργώντας σε χαμηλότερες ταχύτητες και με υψηλότερη ροπή, προσδίδουν στον άνεμο μια ξεχωριστή «συστροφή», την οποία μπορεί να εκμεταλλευτεί ένας ειδικά σχεδιασμένος κατάντη συνεργάτης.
Παροχή ανθεκτικής ενέργειας για κρίσιμες υποδομές
Αυτή η ανακάλυψη προσφέρει μια νέα προοπτική για το σχεδιασμό συμπαγών συστημάτων αιολικής ενέργειας.
«Υποδηλώνει ότι, όπως οι πολυβάθμιες τουρμπίνες στις μηχανές αεριωθούμενων αεροσκαφών, έτσι και οι μικροανεμογεννήτριες θα μπορούσαν να επωφεληθούν από προσαρμοσμένους σχεδιασμούς στα μεταγενέστερα στάδια – αξιοποιώντας όχι μόνο την ώθηση του ανέμου, αλλά και τη συστροφή του», κατέληξε ο Pereira.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι τα ευρήματά τους θα ωθήσουν την περαιτέρω καινοτομία στον τομέα της ανανεώσιμης ενέργειας σε μικροκλίμακα, καθιστώντας την πιο βιώσιμη επιλογή για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών που είναι αποσυνδεδεμένες από το παραδοσιακό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας.
Τα συστήματα μικροστροβίλων που ενισχύονται με αυτόν τον σχεδιασμό θα μπορούσαν να παρέχουν ανθεκτική ενέργεια για κρίσιμες υποδομές, κοινότητες εκτός δικτύου και κινητές εφαρμογές, όπως σταθμούς φόρτισης για μη επανδρωμένα αεροσκάφη ή ρομποτική πεδίου.
«Αυτή η μελέτη παρέχει μια πειραματική βάση που οδηγεί στο σχεδιασμό ενός βελτιστοποιημένου συστήματος όσον αφορά τις αναλογίες ταχύτητας άκρων των στροφέων και την απόσταση μεταξύ τους», καταλήγει η μελέτη.
